Bases moleculars i cel·lulars de l'herència

  • Diego Redolar Ripoll

    Diego Redolar Ripoll

    Llicenciat en Psicologia per la UAB. Màster en Neurociència per la UAB. Doctor en Psicologia per la UAB. Actualment, és professor dels Estudis de Psicologia de la UOC i de la UAB. La seva activitat investigadora se centra en l'estudi de les bases neurals de l'aprenentatge i la memòria i la seva modulació i potenciació mitjançant els sistemes neurals del reforç i en l'estudi de la recuperació de dèficits cognitius.

  • Ana Moreno Alcázar

    Ana Moreno Alcázar

    Llicenciada en Psicologia per la UAB. Investigadora de la Unitat de Recerca en Neurociència Cognitiva del Centre Fòrum-Mar de l'Hospital del Mar a Barcelona. La seva activitat se centra en la recerca avançada en neurociència cognitiva, amb línies de recerca en l'àmbit de la neuroimatge dels trastorns mentals i neurològics, i també en la població sana.

PID_00215660
Cap part d'aquesta publicació, incloent-hi el disseny general i la coberta, no pot ser copiada, reproduïda, emmagatzemada o transmesa de cap manera ni per cap mitjà, tant si és elèctric com químic, mecànic, òptic, de gravació, de fotocòpia o per altres mètodes, sense l'autorització prèvia per escrit dels titulars del copyright.

Introducció

Hem de partir del fet que hi ha una relació estreta entre els principals mecanismes del que coneixem com a genètica molecular, els aspectes cel·lulars relacionats amb la genètica mendeliana i la teoria sintètica de l'evolució.
Al començament de la dècada de 1940, ja no quedaven dubtes sobre l'existència dels gens ni sobre el fet que fossin als cromosomes. Les primeres anàlisis químiques del material hereditari van mostrar que el cromosoma eucariòtic és format per àcid desoxiribonucleic (ADN) i proteïnes. Avui en dia, sabem que l'ADN és el constituent primari dels cromosomes de les cèl·lules i és el portador del missatge genètic. La funció de l'àcid ribonucleic (ARN) és transcriure el missatge genètic present en l'ADN i traduir-lo a proteïnes.
El dogma central de la biologia moderna té el seu origen en la dècada de 1970 a partir dels treballs de Watson i Crick. Crick va proposar que l'ADN es replica per a poder dur a terme la formació de dues còpies idèntiques a la molècula original. Així mateix, en aquest model l'ADN es transcriu a ARN i aquest ha de ser traduït en una cadena polipeptídica. Actualment, aquest dogma resulta incomplet, ja que hi ha alguns virus que poden copiar la informació en forma d'ARN a ADN utilitzant l'enzim transcriptasa inversa. Així mateix, també hi ha virus capaços de duplicar el seu ARN mitjançant un ARN replicasa.
En la part superior de la figura (a) es mostra el dogma original proposat per Francis Crick sobre els processos de replicació, transcripció i traducció de la informació genètica. En la part inferior de la figura (b) es mostra una actualització d'aquest dogma amb relació a la formació que es té avui en dia dels mecanismes que operen en alguns tipus de virus amb relació a la transcripció i a la replicació del mateix ARN.
En la part superior de la figura (a) es mostra el dogma original proposat per Francis Crick sobre els processos de replicació, transcripció i traducció de la informació genètica. En la part inferior de la figura (b) es mostra una actualització d'aquest dogma amb relació a la formació que es té avui en dia dels mecanismes que operen en alguns tipus de virus amb relació a la transcripció i a la replicació del mateix ARN.
Inicialment, a partir dels treballs de George Beadle i Edgard Tatun, es va proposar que els gens regulaven els diferents processos de l'organisme en codificar les seqüències que componen els enzims que intervenen en els processos metabòlics cel·lulars. Avui en dia, sabem que un gen és una seqüència de nucleòtids de l'ADN que codifica els aminoàcids i l'ordre que s'ha de seguir per a formar una cadena polipeptídica (sigui o no un enzim). Aquests gens es denominen gens estructurals. De tota manera, hi ha altres seqüències de l'ADN que es trobaran implicades en altres processos, com la codificació de factors de transcripció, proteïnes reguladores i la seqüència dels diferents àcids ribonucleics.
Un gen és una seqüència de nucleòtids de l'ADN que conté la informació per a sintetitzar proteïnes, per a regular els diferents mecanismes de l'expressió gènica i per a codificar la seqüència de nucleòtids que formaran els diferents àcids ribonucleics.
C. elegans
El 1998, un equip multidisciplinari d'Anglaterra i els Estats Units van seqüenciar el genoma complet d'un nematode: el C. elegans. Les investigacions inicials van posar de manifest que el genoma del C. elegans era format, aproximadament, per vint mil gens. Sorprenentment, només un 15% dels gens codificava molècules implicades en l'expressió gènica. El terme expressió gènica es refereix als processos de flux d'informació genètica que inicialment estan implicats en el procés de convertir la informació present en un tros d'ADN a ARN i la seva descodificació posterior en una seqüència d'aminoàcids que constituiran una proteïna.

Objectius

  • Conèixer les principals biomolècules implicades en la replicació, transcripció i traducció de la informació genètica.

  • Entendre el cicle cel·lular i els processos de lligament i recombinació gènica.

  • Comprendre l'organització del material genètic, des del gen fins al cromosoma.

  • Entendre i conèixer els principals aspectes de la replicació, la transcripció i la traducció de la informació genètica.

  • Conèixer els principals errors i mutacions del material genètic.

  • Entendre l'epigenètica i els principals processos de regulació gènica.

1.Biomolècules

Si ens preguntéssim què són els gens i què és el que fan, abans de contestar aquestes qüestions hauríem d'aclarir i tenir present la formació de diferents biomolècules: les proteïnes i els àcids nucleics (ADN i ARN). Això és així a causa que l'expressió dels gens se centra en un flux d'informació genètica de l'ADN a l'ARN i d'aquí a les proteïnes. En el procés de transcripció, l'enzim ARN polimerasa copia l'ADN per a produir l'ARN missatger (ARNm). En la traducció, la maquinària cel·lular utilitza la informació de l'ARNm per a sintetitzar un polipèptid, seguint les regles del codi genètic.

1.1.Proteïnes

En el subapartat següent, parlarem d'un dels components més importants del nostre organisme: les proteïnes. Veurem de quin tipus de biomolècules es tracta, quines són les seves funcions, com es formen, quina estructura tenen i com es classifiquen.
1.1.1.Concepte i funció de les proteïnes
Les proteïnes constitueixen uns dels components més importants de les cèl·lules del nostre organisme a causa que són molècules que es troben en gran nombre i que intervenen en múltiples funcions essencials dels éssers vius. Entre aquestes funcions podem destacar:

  • Funció estructural
    Algunes proteïnes estan implicades en la constitució de l'estructura cel·lular com és el cas de les glucoproteïnes (la membrana cel·lular) i les histones (organització de l'ADN en el nucli cel·lular). D'altres, intervenen en donar elasticitat i resistència a òrgans i teixits, com és el cas del col·lagen, l'elastina i la queratina.

  • Funció enzimàtica
    Les proteïnes amb funció enzimàtica actuen com a biocatalitzadores de les reaccions químiques del metabolisme cel·lular, és a dir, la seva funció és disminuir la quantitat d'energia d'activació que necessiten les reaccions químiques perquè es puguin portar a terme.

  • Funció hormonal
    Aquest tipus de proteïnes circula per la sang i actua per tot el cos. Entre aquests tipus d'hormones, ens trobem amb la insulina i el glucagó (que s'encarreguen de regular els nivells de glucosa en sang), o les hormones segregades per la hipòfisi, com l'hormona del creixement o la calcitonina (que regula el metabolisme del calci).

  • Funció reguladora
    Algunes proteïnes exerceixen la funció de regular l'expressió de certs gens, mentre que d'altres intervenen en la regulació de la divisió cel·lular.

  • Funció homeostàtica
    Algunes proteïnes s'encarreguen de mantenir l'equilibri osmòtic i actuen juntament amb altres sistemes per mantenir constant el pH del medi intern.

  • Funció defensiva
    Dins d'aquesta funció, ens trobaríem amb aquelles proteïnes que exercirien una funció de defensa en el nostre organisme. Entre les més importants destacarien les immunoglobulines, que actuen com a anticossos davant possibles antígens. Altres exemples relacionats amb aquesta funció defensiva serien la trombina i el fibrinogen, implicats en la formació de coàguls sanguinis per a evitar hemorràgies. Les mucines del tracte digestiu i respiratori que tenen un efecte germicida i protegeixen les mucoses i, algunes toxines bacterianes, com la del botulisme, o metzines de serps, que són proteïnes fabricades amb funcions defensives.

  • Funció de transport
    Hi ha un conjunt de proteïnes la funció de les quals és transportar diferents substàncies pel nostre organisme. Per exemple, tenim l'hemoglobina, que és la proteïna encarregada de transportar oxigen per la sang; les lipoproteïnes, que, com bé indica el seu nom, transporten lípids pel flux sanguini; els citocroms, que transporten electrons, etcètera.

  • Funció contràctil
    L'actina i la miosina són les proteïnes implicades en la formació de les miofibril·les responsables de la contracció muscular. Altres proteïnes amb funció contràctil serien les dineïnes i les quinesines, que es relacionen amb el moviment cel·lular i el transport de substàncies a l'interior cel·lular.

  • Funció de reserva
    L'ovoalbúmina de la clara d'ou, la gliadina del gra de blat i l'hordeïna de l'ordi són el conjunt de proteïnes que constitueixen la reserva d'aminoàcids per al desenvolupament de l'embrió.

Les proteïnes es poden considerar grans polímers construïts a partir de molècules més petites, en aquest cas denominades aminoàcids.
A tall de síntesi, podem dir que les proteïnes són un dels components més importants del nostre organisme i que són formades per aminoàcids.
Tots els aminoàcids són constituïts per un àtom d'hidrogen, un grup amino (NH2), un grup carboxil (COOH) i una cadena lateral o grup R (R significa 'resta'); aquest últim grup és el que determina l'estructura i la funció de la proteïna. Dins del grup dels aminoàcids, en podem trobar diferents tipus en funció de la seva naturalesa: a) aminoàcids apolars; b) aminoàcids polars no carregats, i c) aminoàcids carregats positivament o negativament.
Composició general d'un aminoàcid
1.1.2.Formació de les proteïnes
Una de les preguntes més interessants i importants que ens podríem fer seria: com es pot construir una proteïna a partir d'un grup d'aminoàcids? La resposta seria la següent. Els aminoàcids s'uneixen per mitjà d'enllaços peptídics en què el grup amino d'un aminoàcid s'uneix al grup carboxil d'un segon aminoàcid, i s'allibera una molècula d'aigua a causa d'una reacció de condensació o deshidratació (tant el terme condensació com deshidratació fan referència a la pèrdua d'aigua). La unió de molts aminoàcids per mitjà d'enllaços peptídics es denomina polipèptid.
L'enllaç peptídic, a més d'unir els dos tipus d'aminoàcids, té dues característiques molt importants en l'estructura de la proteïna. D'una banda, limita el plegat del polipèptid, és a dir, les cadenes polipeptídiques, en lloc d'adoptar diferents formes, només n'adopten una en particular que es manté per mitjà d'enllaços no covalents febles. I d'una altra banda, afavoreixen la formació de ponts d'hidrogen dins de la mateixa proteïna i amb altres molècules, la qual cosa contribueix a l'estructura i funció de moltes proteïnes.
Un aspecte interessant que s'hauria de tenir en compte és que únicament hi ha 20 tipus diferents d'aminoàcids, i és a partir de les diferents combinacions que es fan entre ells que hi ha els milers de proteïnes que es troben en els organismes vius.
A tall de síntesi, podem dir que els aminoàcids són formats per un àtom d'hidrogen, un grup amino (NH2), un grup carboxil (COOH) i una cadena lateral o grup R. S'uneixen entre ells a partir d'enllaços peptídics i constitueixen els elements que formen l'estructura de la proteïna.
1.1.3.Estructura i classificació de les proteïnes
A partir d'aquest punt, i fins al final d'aquest apartat, ens centrarem tant en l'estructura com en la classificació de les proteïnes.
Quan es fa referència a l'estructura d'una proteïna, es parla de quatre nivells d'organització: primari, secundari, terciari i quaternari. A continuació, analitzarem més detalladament cadascun d'ells.
1) Nivell d'estructura primària: fa referència a la seqüència d'aminoàcids que construeix l'estructura primària de la proteïna. Cal tenir present que no totes les proteïnes tenen la mateixa estructura primària, sinó que cadascuna té la seva en particular, i en dependran tant les característiques funcionals com les estructurals de la molècula. Tal com veurem en apartats posteriors, els gens estructurals tenen la informació necessària per a saber quins aminoàcids formaran l'estructura primària de la proteïna i en quina seqüència.
2) Nivell d'estructura secundària: l'estructura secundària d'una proteïna és constituïda per la repetició regular de patrons al llarg de la cadena polipeptídica que constitueix la proteïna. Hi ha dos tipus bàsics d'estructura secundària:
a) L'hèlix α: en aquest tipus d'estructura, l'esquelet polipeptídic adquireix forma d'espiral com a conseqüència dels ponts d'hidrogen que es formen entre l'hidrogen lleument positiu d'un residu aminoacídic N-H i l'oxígen lleument negatiu d'un altre C–O. En aquest tipus d'estructura, els grups R s'estenen cap a fora, és a dir, sobresurten de l'espiral. Quan la repetició d'aquest patró es repeteix en un segment de la proteïna el resultat final és l'hèlix α.
b) Làmina plegada β: aquesta estructura es produeix quan les cadenes polipeptídiques s'ubiquen una al costat de l'altra, i s'estabilitzen mitjançant la constitució de ponts d'hidrogen entre el grup N–H d'una cadena polipeptídica i el grup C–O d'una altra de diferent. En aquest tipus d'estructura, els grups R també sobresurten de l'estructura, encara que en forma de ziga-zaga.
Abans de donar pas al tercer nivell de l'estructura de la proteïna, es pot dir que ens podem trobar diferents tipus de proteïnes en funció de la seva estructura secundària. D'una banda, les proteïnes fibroses, que solen ser formades per un únic tipus d'estructura secundària, en la qual les seves cadenes polipeptídiques adquireixen un ordre que donen com a resultat filaments llargs. Aquests tipus de proteïnes són insolubles en l'aigua i es troben principalment en animals. Un exemple d'aquestes proteïnes seria la queratina, implicada en la constitució dels cabells, les ungles i les plomes. I d'una altra banda, tindríem les proteïnes globulars, que solen ser formades per diversos tipus d'estructura secundària en la mateixa cadena polipeptídica i que donen lloc a l'estructura terciària que veurem a continuació. Aquests tipus de proteïnes són, generalment, solubles en l'aigua. Alguns exemples d'aquests tipus de proteïnes serien algunes hormones, els anticossos, etcètera.
3) Nivell d'estructura terciària: fa referència a la localització de tots els àtoms de la molècula en l'espai tridimensional. Aquest fenomen es produeix com a conseqüència de les interaccions que es produeixen entre els grups R dels diferents aminoàcids que es troben en la cadena polipeptídica.
4) Nivell d'estructura quaternària: aquest grau de nivell només el trobarem en aquelles proteïnes que són constituïdes per dues cadenes polipeptídiques o més (anomenades cadascuna d'elles subunitats). La unió i interacció entre aquestes subunitats donen com a resultat l'estructura quaternària. L'hemoglobina, proteïna que s'encarrega de transportar l'oxigen als glòbuls vermells, és un dels millors exemples de proteïna que té una estructura quaternària.
Nivells d'organització de l'estructura de la proteïna
Nivell primari: correspon a la seqüència d'aminoàcids. Nivell secundari: conformat per la repetició regular de patrons al llarg de la cadena polipeptídica. D'aquest nivell poden resultar tant l'hèlix α, que és la que s'observa en la imatge, com la làmina plegada β. Nivell terciari: correspon a la localització dels àtoms de la molècula en l'espai tridimensional. Nivell quaternari: constituït per dues cadenes polipeptídiques o més. Totes les proteïnes, per a poder dur a terme la seva funció biològica i, per tant, estar biològicament actives, s'han de trobar com a mínim en el nivell d'estructura terciària.
Les proteïnes, en forma d'hormones, anticossos o enzims, controlen l'activitat cel·lular, ajuden les cèl·lules a comunicar-se, ajuden a transportar diferents substàncies entre les cèl·lules, etcètera.
Per a entendre millor els nivells d'estructura de les proteïnes, un bon símil seria imaginar-se el típic cable en forma d'espiral d'un telèfon fix. Si s'agafa aquest cable i s'estira fins a deixar-lo recte i al llarg d'aquest s'escrivissin per ordre els aminoàcids, se n'obtindria el que seria l'estructura primària. Si es deixés anar el cable deixant-lo tornar a la seva forma original, és a dir, que es tornés a enrotllar en forma d'espiral, se n'obtindria l'estructura secundària. Ara s'agafa el cable en la seva forma original i el comencem a enrotllar entre si formant una gran bola; en aquest punt, n'obtindríem l'estructura terciària. Si ajuntem dues o tres boles com les que acabem de fer, en tindríem l'estructura quaternària.

1.2.Els enzims

A continuació, descriurem breument un tipus de proteïnes denominades enzims. Al llarg de l'apartat, veurem de quin tipus són, quines funcions tenen, quina és la seva estructura, com hi influeix el medi i quins tipus existeixen.
1.2.1.Concepte i funció dels enzims
Els enzims, o també denominats catalitzadors biològics, són grans molècules de proteïnes globulars fonamentals en els éssers vius, a causa que totes les reaccions químiques que tenen lloc a les cèl·lules són mediatitzades per elles. La funció principal d'aquestes proteïnes és accelerar la velocitat d'una reacció química i disminuir l'energia d'activació. Per tant, una reacció no catalitzada, és a dir, una reacció en què no intervinguin enzims requerirà més energia d'activació. A continuació, estudiarem en què consisteix aquesta energia.
La majoria de reaccions químiques no es produeixen així sense més ni més, sinó que necessiten energia per a poder-se dur a terme. Aquesta energia rep el nom d'energia d'activació i té unes funcions característiques. D'una banda, permet que les molècules xoquin amb prou força per a superar la seva repulsió mútua i, d'una altra banda, debilita els enllaços químics existents i en forma altres de nous.
Els enzims se solen unir temporalment a molècules petites anomenades substrats. El resultat d'aquesta unió és el debilitament dels enllaços químics existents, que afavoreixen la formació d'altres de nous.
A tall de síntesi, podem dir que la funció principal dels enzims és accelerar la velocitat d'una reacció química i disminuir l'energia d'activació.
1.2.2.Estructura dels enzims
Quant a l'estructura d'aquestes molècules, podem dir que són formades per diverses cadenes polipeptídiques que es troben plegades. Aquesta estructura particular permet que, a la superfície de l'enzim, es formi el que es coneix com a lloc actiu, que és el lloc concret on es produeix la unió enzim-substrat i es duu a terme la catàlisi, que, tal com hem vist, és el procés mitjançant el qual s'incrementa la velocitat d'una reacció química.
Es pot esmentar que no tots els substrats tenen afinitat per als llocs actius dels enzims. Només aquells que tenen la mateixa forma s'hi poden unir. Per aquest motiu, es parla d'especificitat enzimàtica.
Una vegada finalitzada la catàlisi, el substrat es converteix en producte. Per acabar el procés, el producte i l'enzim se separen, i l'últim queda lliure per a poder-se unir de nou a un altre substrat. Això és possible a causa que, encara que la forma de l'enzim pot variar temporalment durant el curs d'una reacció, en finalitzar torna a adoptar la seva forma original.
Un aspecte que s'ha de tenir en compte és que, com més gran és el nombre de substrats, més gran és el nombre d'interaccions que es produirà amb els enzims i, per tant, es produiran més reaccions químiques en un temps determinat. Normalment, la quantitat d'enzims sol ser molt més petita que la quantitat de substrats, i aquest desequilibri produeix el que es coneix com a fenomen de saturació per substrat. Quan totes les molècules de l'enzim són unides a substrats, l'enzim treballa tan ràpid com pot i no aporta cap benefici extra el fet que hi hagi més substrats lliures a causa que l'enzim no disposa de llocs actius per a actuar com a catalitzador.
Molts enzims requereixen altres molècules no proteiques per a poder funcionar, i entre aquests hi ha: a) els cofactors: són ions inorgànics com el magnesi (Mg2), el zenc (Zn2) i el ferro (Fe2) que s'uneixen temporalment a certs enzims i són essencials per a la seva funció, i b) els coenzims: també s'uneixen temporalment i actuen com a transportadors de grups funcionals. Els coenzims no solen ser específics d'un sol tipus d'enzim, sinó que es poden unir a molts tipus.
Coenzim
Un coenzim és un transportador orgànic que, durant el procés catalític, s'uneix mitjançant enllaços febles a la part proteica d'un enzim (apoenzim). La funció dels coenzims és transportar grups químics. Hem de tenir present que durant el procés de catàlisi, el coenzim es modifica; a més, aquests no solen ser específics d'un sol tipus d'apoenzim. Els coenzims pertanyen al grup de les vitamines. Alguns d'aquests compostos transporten electrons i protons que participen en les reaccions d'oxidació i reducció. D'altres, per la seva part, s'encarreguen de transportar radicals. Els primers reben el nom de coenzims d'oxidació i reducció, mentre que els segons reben el nom de coenzims de transferència.
A tall de síntesi, podem dir que a la superfície dels enzims es troba el lloc actiu, que és el lloc concret on es produeix la unió enzim-substrat i es duu a terme la catàlisi.
1.2.3.Enzims i el seu medi: temperatura i pH
Per finalitzar aquest apartat, parlarem molt breument dels enzims i el seu medi, ja que aquestes molècules són especialment sensibles a la temperatura i al pH. Respecte al pH, es pot dir que influeix tant en la velocitat amb què es duu a terme una reacció catalitzada per un enzim, com en el seu grau d'activitat. Pel que fa a la temperatura, en general, un augment d'aquesta produeix un augment en la velocitat d'una reacció catalitzada. No obstant això, temperatures molt elevades inactiven els enzims.
1.2.4.Classificació dels enzims
En general, els enzims es poden classificar en diferents tipus en funció de la reacció química que catalitzen.
1) Transferases: la funció d'aquests enzims és transferir radicals d'un substrat a un altre sense que aquests quedin lliures en cap moment.
2) Oxidoreductases: catalitzen reaccions d'oxidació o reducció del substrat. Dins d'aquest grup hi ha:
a)Les deshidrogenases: la funció d'aquests enzims és separar àtoms d'hidrogen dels substrats.
b)Les oxidases: aquests enzims oxiden el substrat quan accepten electrons.
3) Ligases: catalitzen la unió de molècules o grups amb l'energia proporcionada per la desfosforilació de l'ATP.
4) Hidrolases: aquests enzims s'encarreguen de trencar enllaços i introduir radicals de –H i –OH.
5) Isomerases: la funció d'aquests enzims és canviar la posició d'un grup de la molècula a una altra part d'aquesta.
6) Liases: separen grups sense intervenció d'aigua i, generalment, originen enllaços dobles a la molècula, o bé afegeixen grups a molècules que tenen enllaços dobles i que posteriorment els perden.
A tall de síntesi, podem dir que els enzims es poden classificar en tipologies diferents: transferases, oxidoreductases, ligases, hidrolases, isomerases i liases.

1.3.Àcids nucleics

1.3.1.Concepte i funcions dels àcids nucleics
Els àcids nucleics (ADN i ARN) són grans molècules formades per nucleòtids, i fan dues funcions principals en els éssers vius. D'una banda, desenvolupen una funció essencial en la transmissió de la informació genètica, ja que la informació que contenen es transcripta i després es tradueix a les proteïnes. I de l'altra, fan funcions essencials en el metabolisme cel·lular.
A tall de síntesi, podem dir que els àcids nucleics són formats per nucleòtids i estan especialitzats tant en l'emmagatzemament com en la transmissió de la informació genètica.
1.3.2.Els nucleòtids
Els nucleòtids són les molècules que constitueixen els àcids nucleics. Els nucleòtids es troben formats per tres subunitats clarament diferenciades: (1) un grup fosfat; (2) un sucre de cinc carbonis (pentòxid), i (3) una base nitrogenada.
Les molècules que són formades per un sucre (ribosa o desoxiribosa) i per una base nitrogenada es denominen nucleòsids. Quan s'afegeix un grup fosfat a un nucleòsid la molècula passa a dir-se nucleòtid.
Els nucleòtids no són tots iguals, sinó que difereixen entre ells tant pel tipus de sucre com per les bases nitrogenades que presenten. Respecte al sucre, es pot dir que és una pentosa i n'hi ha dos tipus diferents. D'una banda, tenim la ribosa, que és el sucre en els nucleòtids que forma l'ARN, i de l'altra, tenim la desoxiribosa, un tipus de sucre que forma l'ADN. Aquests sucres pentòxids es distingeixen en relació amb l'àtom de carboni de la posició C-2' de la seva estructura, de tal manera que la ribosa presenta un grup hidroxil (OH), mentre que la desoxiribosa mostra un àtom d'hidrogen en la posició C–2'.
Quant a les bases nitrogenades podem dir que són compostes per carboni, hidrogen, nitrogen i oxigen. En els nucleòtids, hi ha cinc tipus diferents de bases nitrogenades que constitueixen els carreus de construcció dels àcids nucleics. Dues d'aquestes bases són l'adenina (A) i la guanina (G), que es coneixen com a purines (la seva estructura és formada per un anell doble de nou costats), i les altres tres, citosina (C), timina (T) i uracil (U), es coneixen com a pirimidines (la seva estructura es troba formada per un anell de sis costats). L'adenina, la guanina i la citosina es troben tant en l'ADN com en l'ARN, mentre que la timina es troba només en l'ADN i l'uracil en l'ARN.
Arribats a aquest punt, ens podem preguntar sobre la unió dels nucleòtids per a formar llargues cadenes de polinucleòtids que constituirà l'estructura bàsica dels àcids nucleics. La unió dels nucleòtids es duu a terme mitjançant enllaços fosfodièster C-3'-C-5' (3'-5'). D'aquesta manera, el grup fosfat d'un nucleòtid s'uneix al sucre d'un altre nucleòtid en la posició C-3'. Tenint present que el grup fosfat de cada nucleòtid es troba unit al seu sucre per la posició C-5', en unir-se dos nucleòtids ens trobarem el fosfat entre els àtoms C-3' i C-5'.
Quan s'uneixen dos nucleòtids, tenim una molècula denominada dinucleòtid. Quan són tres els nucleòtids que s'uneixen, el resultat és un trinucleòtid. Quan són llargues cadenes de nucleòtids els que s'uneixen, la molècula resultant és un polinucleòtid.
Esquema de la formació d'un polinucleòtid
A tall de síntesi, podem dir que els nucleòtids són les molècules que constitueixen els àcids nucleics i són formats per un grup fosfat, un sucre de cinc carbonis i una base nitrogenada.
1.3.3.L'energia ATP
Els nucleòtids estan implicats en moltes funcions, però una de les més importants és actuar com a transportadors d'energia química. Entre ells destaquen el trifosfat d'adenosina, també coneguda com a ATP, i el trifosfat de guanosina o GTP. Ambdues molècules són crítiques com a portadores d'energia als mecanismes biològics.
L'ATP o trifosfat d'adenosina és una molècula orgànica encarregada d'acumular energia. L'ATP és constituït per una purina (l'adenina), un sucre (la ribosa) i tres grups fosfat. L'energia que es necessita per a dur a terme les funcions biològiques se sol emmagatzemar en els grups fosfats i s'allibera quan un o dos dels fosfats se separen de la molècula d'ATP. En cas que es perdi un fosfat, és a dir, en quedin dos a la molècula d'ATP, obtenim la molècula de difosfat d'adenosina o ADP; quan es perden dos fosfats i, per tant, en resta un a la molècula, obtenim el monofosfat d'adenosina o AMP.
A tall de síntesi, podem dir que l'ATP és la principal molècula orgànica encarregada d'acumular energia i és constituïda per una purina (l'adenina), un sucre (la ribosa) i tres grups fosfat.
Com hem vist fins ara, l'ATP és la molècula encarregada de proporcionar energia perquè es puguin dur a terme diferents reaccions biològiques. No obstant això, el funcionament de la molècula no segueix sempre el mateix patró per a totes les reaccions. En el cas de requerir energia per a treballs cel·lulars o síntesis químiques, l'ATP es converteix per hidròlisi en ADP més fosfat inorgànic i allibera l'energia acumulada. Quan es necessita energia per a dur a terme reaccions de catabolisme o fotosíntesi, l'ADP s'ha de convertir en ATP aplicant energia, i aquesta molècula es converteix en el principal portador d'energia per a alliberar-se en el moment en què es necessiti per a les diferents activitats cel·lulars.
1.3.4.Tipus d'àcids nucleics: l'ADN i l'ARN
Com s'ha esmentat anteriorment, hi ha dos tipus d'àcids nucleics: l'ADN, o àcid desoxiribonucleic, i l'ARN, o àcid ribonucleic. En comentarem les principals característiques amb relació a la seva estructura i funcions.
1.3.5.L'àcid desoxiribonucleic o ADN
L'àcid desoxiribonucleic o ADN és la molècula de l'organisme encarregada de guardar la informació hereditària, és a dir, la informació que passarà de generació en generació.
L'estructura d'aquesta molècula és formada per dues cadenes de nucleòtids d'adenina (A), guanina (G), citosina (C) i timina (T), unides, una sobre l'altra, de manera que adquireixen forma de doble hèlix. Tal com hem vist anteriorment, els nucleòtids que componen l'ADN estan units per un tipus d'enllaç denominat fosfodièster.
Les dues cadenes de nucleòtids que formen la molècula d'ADN es troben unides mitjançant les bases (per mitjà de la formació de ponts d'hidrogen), i es queden com a esquelet de la doble hèlix els sucres-fosfats. Un aspecte molt important que cal tenir en compte és que aquestes bases nitrogenades no s'acoblen de qualsevol manera, sinó que ho fan sempre en l'ordre següent: l'adenina s'acobla només amb la timina, i la citosina, únicament amb la guanina. Aquest aparellament específic es coneix com a principi de complementarietat, que representa l'afinitat química entre la unió de les bases nitrogenades aportada pels ponts d'hidrogen.
Enllaços fosfodièster
Els enllaços fosfodièster són aquells que es produeixen entre el sucre d'un nucleòtid i el fosfat del següent. En el cas de l'ADN, aquests enllaços sempre van en sentit 5' a 3'. La molècula d'ADN té dues cadenes unides mitjançant ponts d'hidrogen entre les bases púriques i pirimidíniques. Estructuralment, és possible destacar que la doble cadena és antiparal·lela. Això significa que el sentit de les dues cadenes no és igual a causa que presenten una polaritat diferent. Una de les cadenes es disposa en el sentit 5' a 3', mentre que l'altra, en el sentit 3' a 5'. Per això, en un extrem de la molècula d'ADN, una de les cadenes acaba en un grup hidroxil en la posició 3, mentre que l'altra acaba en un grup fosfat en la posició 5'.
En les cèl·lules eucariotes, l'ADN es troba situat en el nucli cel·lular, i sol estar associat a diferents proteïnes, entre elles les nucleoproteïnes i les proteïnes no històniques. Hem de tenir present que la quantitat d'ADN que es troba en una sola cèl·lula humana és molt extensa, si s'expandís en una cadena única mesuraria gairebé dos metres de llarg. Per aquest motiu, perquè l'ADN càpiga dins del nucli necessita estar molt compactat. En el cas de les cèl·lules procariotes, com que no tenen nucli, l'ADN se sol disposar normalment en una sola cadena en forma circular.
L'àcid desoxiribonucleic o ADN és la molècula de l'organisme encarregada de guardar la informació hereditària. És formada per dues cadenes de nucleòtids d'adenina (A), guanina (G), citosina (C) i timina (T), en forma de doble hèlix. Les bases nitrogenades s'acoblen segons el principi de complementarietat: l'adenina s'acobla només amb la timina, i la citosina, únicament amb la guanina.
Igual que en les proteïnes, en l'ADN també es troben diferents nivells d'estructura: 1) estructura primària o seqüència de nucleòtids; 2) estructura secundària o doble hèlix, i 3) estructura terciària o ADN compactat. A continuació, veurem cadascun d'aquests nivells amb més detall.
1) Estructura primària o seqüència de nucleòtids: l'estructura primària de l'ADN és constituïda per la seqüència de nucleòtids en una sola cadena. Aquesta cadena presenta una estructura que és la mateixa per a tots, un esquelet de polidesoxiribosafosfat i una seqüència de bases nitrogenades. No obstant això, sí que hi ha una diferència a l'hora de transmetre la informació, i aquesta resideix en la diferent seqüència de les bases nitrogenades, és a dir, la seqüència de nucleòtids presenta un codi, que mostra una informació o una altra en funció de l'ordre de les bases.
2) Estructura secundària o doble hèlix: aquest nivell d'estructura va ser proposat per James Watson i Francis Crick (1953), i fa referència a la disposició en l'espai de les dues cadenes de nucleòtids en forma de doble hèlix. Cadascuna de les cadenes es disposa de forma antiparal·lela (l'orientació C-5'-C-3' va en sentit contrari a les dues cadenes); a més, tal com hem vist, se segueix el principi de complementarietat de tal manera que, quan en una cadena trobem adenina, en l'altra trobem timina, i quan en una trobem guanina, en l'altra apareixerà citosina. Les bases púriques (adenina i guanina) s'uneixen amb les pirimidíniques (citosina i timina) mitjançant ponts d'hidrogen (tres entre la guanina i la citosina, i dos entre l'adenina i timina).
La doble hèlix de l'ADN és bastant estable en estat natural, però si per diferents circumstàncies arriba als 100 °C, les dues cadenes se separen i es produeix la desnaturalització de l'ADN. Si posteriorment disminueix la temperatura, les dues cadenes es tornen a unir i dóna com a resultat la renaturalització de l'ADN.
Les dues cadenes es troben enrotllades entorn d'un eix central, de manera que formen una doble hèlix enrotllada cap a la dreta (dextrogira). El diàmetre de la doble hèlix és de 20 Å (2,0 nm). Aquestes cadenes es troben unides de forma helicoïdal, cosa que permet que entre els residus nucleotídics hi hagi una distància de 3,4 Å. Entre un residu i el següent la cadena gira 360° de tal manera que l'estructura es repeteix cada 34 Å. És a dir, cada volta completa de l'hèlix conté deu bases.
En la doble hèlix de l'ADN, es poden observar solcs més grans i més petits que es van alternant al llarg de l'eix.
3) Estructura terciària o ADN compactat: com hem esmentat anteriorment, dins del nucli de les cèl·lules eucariotes es troba una gran quantitat d'ADN, i perquè aquest s'hi pugui disposar, necessita estar molt compactat. Per això, l'ADN en aquest punt d'estructura s'enrotlla sobre ell mateix i forma una espècie de superhèlix gràcies a uns enzims denominats ADN-topoisomerases II. Aquesta disposició de superhèlix presenta dos avantatges: en primer lloc, aconsegueix reduir la longitud de l'ADN, i això proporciona estabilitat a la molècula; i en segon lloc, facilita el procés de duplicació.
1.3.6.L'àcid ribonucleic o ARN
L'àcid ribonucleic o ARN és un àcid nucleic compost per la unió de nucleòtids formant una llarga cadena. Cada nucleòtid que conforma l'ARN és compost per un grup fosfat, una pentosa (la ribosa) i les bases nitrogenades següents: guanina, citosina, adenina i uracil. Per tant, difereix de l'ADN en el sucre (ribosa en lloc de desoxiribosa) i en l'absència de timina entre les seves bases nitrogenades. No obstant això, els nucleòtids que componen l'ARN també són units per enllaços fosfodièster com en el cas de l'ADN.
A diferència de l'ADN, l'ARN és compost per una sola cadena de nucleòtids. No obstant això, s'ha de tenir present que de vegades les molècules d'ARN es pleguen adquirint una estructura tridimensional amb zones de doble cadena de parells de bases.
En general, podem dir que l'ARN té com a funció principal la de servir com a intermediari de la informació que porta l'ADN en forma de gens i la proteïna final codificada per aquests gens. No obstant això, veurem que hi ha diferents tipus d'ARN amb funcions clarament diferenciades.
Aquest tipus d'àcid nucleic s'origina com a còpia complementària d'una de les dues cadenes d'ADN. El procés en el qual se sintetitza l'ARN a partir de l'ADN es denomina transcripció.
L'ARN no solament es troba en cèl·lules eucariotes i procariotes, sinó que també es troba en molts tipus de virus.
A tall de síntesi, podem dir que l'àcid ribonucleic o ARN és constituït per una pentosa, la ribosa i les bases nitrogenades següents: guanina, citosina, adenina i uracil.
En general, l'ARN es pot classificar en diferents tipologies en funció de la seva estructura i de la funció que exerceixi a la cèl·lula: 1) ARN missatger; 2) ARN de transferència; 3) ARN ribosòmic, i 4) ARN nuclear. A continuació, analitzarem cadascun d'ells.
1) ARN missatger (ARNm)
Aquest tipus d'ARN és lineal, i la seva principal funció és transmetre la informació que es troba en l'ADN i transportar-la als ribosomes, perquè es pugui posar en marxa la síntesi de proteïnes durant el procés de traducció.
Durant el procés de transcripció, se sintetitza ARN missatger a partir d'un motlle d'ADN. Com a resultat d'aquest procés, sorgeix una molècula d'ARN missatgera complementària de la seqüència del gen d'una de les dues cadenes de la molècula d'ADN. D'aquesta manera, en tractar-se d'una molècula que se sintetitza a partir d'un tros (gen) d'una de les cadenes de la molècula d'ADN, és lògic pensar que la seva longitud variï en funció de la proteïna codificada i del gen que actua com a motlle de la transcripció del missatger.
2) ARN de transferència (ARNt)
Aquesta tipologia d'ARN no és completament lineal i es troba al citoplasma de la cèl·lula. La seva principal funció és transportar aminoàcids específics fins als ribosomes perquè es dugui a terme la síntesi de les proteïnes durant el procés de traducció. Per la seva estructura tridimensional, aquest tipus d'ARN presenta la peculiaritat de tenir trams en els quals la seva forma correspon a una doble cadena (en plegar-se la molècula sobre si mateixa per a formar zones de parells de bases) i altres zones en les quals la seva forma és lineal.
En l'ARNt es distingeix un braç en el qual apareix una seqüència de tres nucleòtids, denominada anticodó, que es complementa amb una seqüència de l'ARNm, denominada codó. En el braç oposat, en l'extrem 3' de la cadena, s'uneix un aminoàcid específic predeterminat per la seqüència d'anticodó. A més dels nucleòtids bàsics que formen l'ARN (adenina, guanina, citosina i uracil), se'n troben d'altres amb bases modificades la funció de les quals és generar punts d'obertura a l'hèlix, cosa que produeix bucles.
3) ARN ribosòmic (ARNr)
Aquest tipus d'ARN és el que constitueix els ribosomes. Igual que l'ARNt, també presenta la peculiaritat de tenir dos nivells d'estructura (primària i secundària) en la seva forma. En associar-se a les proteïnes ribosòmiques, genera una estructura que permet que els ribosomes allotgin l'ARNm i l'ARNt.
4) ARN nuclear (ARNn)
Aquest últim tipus d'ARN es localitza en el nucli de les cèl·lules eucariotes, i la seva funció principal és ser el precursor dels diferents tipus d'ARN.
Hi ha altres tipus d'ARN com l'ARN telomerasa (implicada en la replicació de l'ADN), l'ARN d'interferència curt, l'ARN antisentit, etcètera.

2.Mitosi i meiosi

Cada espècie conté un nombre específic de cromosomes denominat el nombre diploide (2n). Pel que es fa a l'ésser humà, aquest disposa d'un nombre diploide de 46 (és a dir, cada cèl·lula conté 23 parells de cromosomes en l'interior del seu nucli). En apartats posteriors, es descriurà amb més detall l'organització del material genètic en els cromosomes.
A partir de la divisió cel·lular, és possible estudiar la distribució i còpia de la informació genètica. En la mitosi, es parteix d'una cèl·lula diploide per a obtenir dues cèl·lules filles diploides. En aquest tipus de divisió cel·lular, els cromosomes s'han de duplicar i s'han de distribuir correctament perquè les cèl·lules filles continguin una dotació diploide de cromosomes (2n). En la meiosi, al contrari, s'obtindran cèl·lules amb una dotació haploide de cromosomes (n).
Classificació dels tipus de cèl·lula
Hi ha dos tipus diferents de cèl·lules: les procariotes, que són aquelles que no tenen un nucli cel·lular diferenciat, i les eucariotes, que sí que en tenen. Respecte a les eucariotes, es pot dir que en tots aquells organismes pluricel·lulars amb aquest tipus de cèl·lules hi ha, al seu torn, dos tipus de cèl·lules: les cèl·lules diploides, també conegudes com a cèl·lules somàtiques, són les que constitueixen l'estructura del nostre organisme i tenen dos parells de cromosomes; i les cèl·lules haploides, o també conegudes com a cèl·lules sexuals, que correspondrien a l'òvul de la dona i a l'espermatozoide de l'home, i, que tenen només un únic exemplar de cada cromosoma. Per tant, les cèl·lules diploides (2n) tindran un total de 46 cromosomes (23 de procedents del pare i 23 de procedents de la mare), i les haploides (n) tindran un total de 23 cromosomes. Fent referència a aquesta última classificació cel·lular, diploide i haploide, es poden distingir dos tipus de reproducció cel·lular: la mitosi i la meiosi. Ambdós processos els veurem a continuació i de manera detallada, ja que constitueixen l'eix central d'aquest apartat.
La vida de les cèl·lules és molt semblant a la dels éssers vius pel fet que neixen, creixen, es diferencien i es reprodueixen o moren. Quant a la reproducció de les cèl·lules, cal tenir present que aquesta és diferent en funció de si la cèl·lula que es reprodueix és diploide o haploide, ja que el procés reproductiu de cadascuna d'elles és diferent. En aquest apartat, veurem primerament la reproducció de les cèl·lules diploides, coneguda com a mitosi i, finalitzarem el punt amb la reproducció de les cèl·lules haploides, denominada meiosi.

2.1.La mitosi

La reproducció cel·lular, coneguda com a mitosi, és el procés pel qual d'una cèl·lula diploide s'obtenen dues cèl·lules diploides filles. No obstant això, per poder arribar a aquest estadi la cèl·lula ha hagut de madurar anteriorment, és a dir, ha hagut de passar un temps determinat fins que aquesta ha duplicat el seu contingut per poder entrar en divisió mitòtica.
La mitosi és una de les etapes que constitueixen el cicle cel·lular o cicle vital d'una cèl·lula i es defineix com el temps que transcorre des que una cèl·lula neix fins que es divideix i crea cèl·lules noves. En el cicle cel·lular es distingeixen tres etapes: (a) la interfase, (b) la mitosi o divisió cel·lular i (c) la citocinesi.
El cicle cel·lular és constituït per tres etapes diferenciades: 1) la interfase, 2) la mitosi i 3) la citocinesi.
Abans que una cèl·lula eucariota pugui començar la mitosi i dividir-se efectivament, ha de duplicar el seu ADN, sintetitzar histones i altres proteïnes associades amb l'ADN dels cromosomes, produir una reserva adequada d'organel·les per a les dues cèl·lules filles i acoblar les estructures necessàries perquè es duguin a terme la mitosi i la citocinesi.
A continuació, analitzarem cada etapa del cicle cel·lular de manera individual i detallada.
1) La interfase: en aquesta etapa es diferencien tres fases: G1, S i G2.
a) Fase G1: aquesta fase va des del naixement de la cèl·lula fins que aquesta arriba a la fase S. En aquest període, es produeix la síntesi d'ARNm i de la consegüent síntesi de proteïnes. La durada d'aquesta fase és molt variable, pot anar des d'hores a dies o fins i tot anys, i depèn bàsicament del tipus de cèl·lula. En arribar al final de la fase G1, es pot produir un fenomen conegut com a punt de restricció, que provoca que la cèl·lula passi inevitablement a la fase S i acabi completant la resta de fases fins a arribar a reproduir-se. No obstant això, el punt de restricció no es manifesta en totes les cèl·lules, a causa que hi ha casos en els quals abans d'arribar a aquest punt, en algunes cèl·lules es manifesten gens concrets que provoquen que les cèl·lules es transformin en cèl·lules especialitzades, cosa que dóna lloc al procés de diferenciació cel·lular. En aquest cas, les cèl·lules entren en el que es coneix com la fase G0.
b) Fase S: aquesta fase la podem considerar com la més interessant de totes a causa que és on es produeix la replicació de l'ADN. Per tant, cada cromosoma es duplica i queda format per dues cromàtides idèntiques (cadascuna d'elles amb una molècula d'ADN). En aquest període, es continuen sintetitzant tant l'ARNm com diferents proteïnes.
c) Fase G2: comença la condensació dels cromosomes i l'encadellat de les estructures requerides per a les fases posteriors (mitosi i citocinesi). Les cèl·lules contenen el doble d'ADN que en la fase G1. En aquest període, encara segueix la síntesi d'ARNm i proteïnes. Aquesta fase es pot donar per finalitzada quan s'observa que els cromosomes es comencen a condensar a l'inici de la mitosi.
2) Mitosi o divisió cel·lular: la mitosi és el procés pel qual una cèl·lula mare es divideix en dues cèl·lules filles, i cadascuna d'elles té la mateixa dotació cromosòmica. En el procés de la mitosi, es poden distingir cinc fases diferents: (1) profase, (2) prometafase, (3) metafase, (4) anafase i (5) telofase. En aquestes fases, el que predomina és la manipulació de l'ADN per a poder-lo separar posteriorment en el moment de la divisió i perquè hi hagi el mateix contingut en cadascuna de les cèl·lules filles.
A continuació, veurem cadascuna de les fases de manera individual més detalladament.
a) Profase: aquesta fase comença quan els cromosomes s'acaben condensant tant com és possible, de manera que es poden observar perfectament els parells de cromosomes i les cromàtides germanes. En aquesta fase, també s'observa que els centrosomes de la cèl·lula es comencen a separar del nucli i es dirigeixen cadascun d'ells a un pol oposat de la cèl·lula. A partir d'ells, es formaran els microtúbuls, que, posteriorment, s'encarregaran de separar els cromosomes i eixamplar l'estructura de la cèl·lula per a facilitar-ne la divisió.
b) Prometafase: en aquesta fase es pot observar que el nucli cel·lular es desintegra i que alguns dels microtúbuls que sorgeixen dels centrosomes s'adhereixen a les cromàtides en una zona concreta denominada cinetocor. El cinetocor és una estructura que es forma en cadascuna de les dues cromàtides a l'altura del centròmer del cromosoma i la seva funció és organitzar els microtúbuls. Tots els microtúbuls que s'uneixin a aquestes plaques cinetocòriques rebran el nom de microtúbuls cinetocòrics. Un aspecte molt important que cal tenir en compte és que el cinetocor d'una cromàtide està fixat en els microtúbuls que vénen d'un pol, mentre que el cinetocor de la cromàtide germana es fixa en els microtúbuls que provenen del costat oposat. Altres microtúbuls procedents dels centrosomes s'estenen fins a arribar al costat oposat de la cèl·lula i, en aquest cas, reben el nom de microtúbuls polars.
c) Metafase: en aquesta fase, els cromosomes es desplacen per acció dels microtúbuls fins a disposar-se en el pla intermedi de la cèl·lula, i constitueixen la denominada placa equatorial.
d) Anafase: en aquesta fase, els microtúbuls cinetocòrics procedents d'ambdós pols es comencen a escurçar, cosa que produeix la separació de les cromàtides germanes de cada cromosoma. Per tant, cada cromàtide es desplaçarà cap a un costat oposat de la cèl·lula. A més, els microtúbuls polars augmenten la seva longitud, i donen com a resultat que el citoplasma de la cèl·lula s'eixampli.
e) Telofase: en aquesta fase, els conjunts de cromosomes que es troben a cada pol de la cèl·lula queden embolcallats per un nucli, cadascun dels quals serà el nucli de cada cèl·lula filla. En aquesta fase, també els cromosomes es comencen a descondensar fins que es tornen a convertir en la cromàtide característica de la interfase.
3) Citocinesi: és el procés pel qual el citoplasma es divideix en dos, la qual cosa dóna com a resultat les dues cèl·lules filles. El citoplasma normalment es divideix pel centre de la cèl·lula d'origen, per l'acció d'un anell contràctil constituït per polímers d'actina i miosina, que es va estrenyent cada vegada més fins a fraccionar la cèl·lula.
A tall de síntesi, podem dir que el cicle cel·lular és el temps que transcorre des que una cèl·lula neix fins que es divideix i crea cèl·lules noves. En el cicle cel·lular, es distingeixen tres etapes: (a) la interfase, organitzada en tres fases: G1, S i G2; (b) la mitosi, en la qual es distingeixen cinc fases diferents: profase, prometafase, metafase, anafase i telofase; i (c) la citocinesi.
Esquema del procés de mitosi

2.2.La meiosi

Com hem vist anteriorment, hi ha dos tipus de reproducció cel·lular: la mitosi, que es caracteritza per ser el procés de reproducció cel·lular de les cèl·lules diploides o somàtiques, i la meiosi, que fa referència al procés de divisió cel·lular de les cèl·lules haploides o sexuals. En aquest apartat, estudiarem més detalladament en què consisteix aquest últim procés.
La meiosi és el procés pel qual una cèl·lula diploide farà dues divisions successives, meiosi I i meiosi II, que dóna com a resultat l'obtenció de quatre cèl·lules haploides.
1) Meiosi I: aquesta primera divisió és formada, al seu torn, per quatre fases: profase I, metafase I, anafase I i telofase I. Encara que aquesta primera divisió té les mateixes parts que la mitosi, aquestes no són equivalents.
a) Profase I: aquesta fase es caracteritza per la compactació màxima dels cromosomes i per la unió dels cromosomes homòlegs, i dóna lloc al que es coneix com aparells bivalents. Durant l'aparellament dels cromosomes homòlegs, es produeix el que es coneix com afenomen de sobreencreuamentoentrecreuament, per mitjà del qual es produeix larecombinació genètica, és a dir, els gens d'un cromosoma homòleg passen a l'altre cromosoma homòleg. Quan hi ha una taxa molt baixa de recombinació es diu que els gens estan lligats.
b) Metafase I: en aquesta fase, el nucli cel·lular es desintegra i els parells bivalents es desplacen al pla equatorial de la cèl·lula.
c) Anafase I: en aquesta etapa, els parells bivalents se separen, i cada cromosoma emigra amb les seves respectives cromàtides germanes a cada pol de la cèl·lula.
d) Telofase I: en aquesta fase, els cromosomes situats en cadascun dels pols són coberts per un nucli cel·lular, per a posteriorment dividir-se i donar lloc a dues cèl·lules haploides.
Aquesta primera divisió meiòtica s'anomena divisió reduccionista, a causa que s'obtenen dues cèl·lules filles amb la meitat de cromosomes que la cèl·lula mare.
2) Meiosi II: aquesta segona divisió és precedida per l'intercinesi, que correspon a una interfase breu en la qual no es produeix mai la duplicació de l'ADN. En aquesta divisió, es distingeixen les quatre fases següents:
a) Profase II: en aquesta fase, es trenca el nucli cel·lular.
b) Metafase II: en aquesta etapa, els cromosomes es disposen en el pla equatorial.
c) Anafase II: en aquesta etapa, les cromàtides germanes se separen, i es desplacen cadascuna d'elles cap a un pol oposat de la cèl·lula.
d) Telofase II: en aquesta fase, els conjunts de cromosomes que es troben a cada pol de la cèl·lula queden embolcallats per un nucli, cadascun dels quals serà el nucli de cada cèl·lula filla. En aquesta fase, també els cromosomes es comencen a descondensar; posteriorment, es produeix el procés de citocinesi o divisió citoplasmàtica, que dóna com a resultat les quatre cèl·lules haploides.
A tall de síntesi, podem dir que la meiosi és el procés pel qual d'una cèl·lula diploide n'obtenim quatre d'haploides. En el procés de meiosi, es fan dues divisions successives: meiosi I, dividida, al seu torn, en quatre fases: profase I, metafase I, anafase I i telofase I. I la segona divisió correspon a la meiosi II, en la qual també es diferencien quatre fases: profase II, metafase II, anafase II i telofase II.

3.Lligament i recombinació

3.1.Lligament

El lligament és el procés pel qual els gens situats en un mateix cromosoma tenen la tendència d'heretar-se junts.
Aquest fenomen se sol produir quan els gens es troben molt a prop entre ells dins del cromosoma. És a dir, com més gran és la distància entre els cromosomes, més petita és la probabilitat que s'heretin junts; com més petita és la distància entre ells, més probabilitat hi ha que aparegui el procés de lligament. Quan dos gens s'hereten junts, es diu que estan lligats.
Els casos de lligament se solen detectar quan, en estudiar les proporcions d'un fenotip per mitjà de la descendència, s'observa que determinats caràcters apareixen junts amb més freqüència que la que s'esperaria per l'atzar.
Amb aquest fenomen del lligament s'han pogut observar diferents aspectes que han ajudat a l'estudi de l'herència i la genètica. D'una banda, s'ha observat que els gens es troben als cromosomes d'una manera ordenada, és a dir, que ocupen un lloc fix i concret dins dels cromosomes, i a partir d'aquest descobriment s'han anat desenvolupant el que es coneix com a mapes cromosòmics de les espècies. De l'altra, un altre dels aspectes que ha tingut més rellevància és que aquest procés no segueix la llei de la combinació independent que va proposar Mendel. Si fem un repàs d'aquesta llei, Mendel declarava que cada caràcter es transmetia de manera independent i, en aquest cas, observem com es transmeten de manera simultània dos caràcters que es troben controlats per dos gens pròxims dins del mateix cromosoma.
A tall de síntesi, podem dir que el procés de lligament és aquell pel qual els gens localitzats en un mateix cromosoma tenen la tendència a heretar-se junts a causa de la seva proximitat en l'espai.

3.2.Recombinació

Podríem dir que la recombinació és el procés contrari al lligament. Si en el procés de lligament, com més petita és la distància, més probabilitat hi ha que dos gens s'heretin junts, en el cas de la recombinació, com més gran és la distància entre els gens, més probabilitat que s'heretin de manera independent.
La recombinació es dóna pel procés d'entrecreuament durant la meiosi en la profase I, quan els dos cromosomes homòlegs s'uneixen i intercanvien entre ells els al·lels dels gens.
El resultat que s'obté del procés de recombinació és que cadascun dels cromosomes que constitueixen el parell cromosòmic té al·lels tant del progenitor matern com del patern. A més, la gran importància d'aquest fenomen resideix en l'enorme variabilitat genètica que aporta a les espècies.
A tall de síntesi, podríem dir que la recombinació genètica és el procés pel qual dos cromosomes homòlegs s'uneixen i intercanvien informació entre ells.

4.Concepte de gen

En el nucli cel·lular, tal com veurem en els apartats següents, l'ADN es troba associat a proteïnes. Cada molècula d'ADN amb les seves proteïnes forma un cromosoma. Cada espècie conté un nombre específic de cromosomes denominat nombre diploide (2n). Pel que fa a l'ésser humà, aquest disposa d'un nombre diploide de 46 (és a dir, cada cèl·lula conté 23 parells de cromosomes en l'interior del seu nucli).
Representació esquemàtica dels diferents nivells d'estudi i anàlisi de la informació genètica i de la seva expressió.
Nivell 1
Cèl·lula
Sexual (haploide)
Somàtica (diploide)
Nivell 2
Cromosomes
(cariotip)
Gonosomes (1 parell)
Autosomes (22 parells)
Nivell 3
Gens
(al·lel1, al·lel2)
Dominant
(dominància incompleta)
Recessiu
Nivell 4
Genotip
Heterozigot
Homozigot
Nivell 5
Fenotip
Conducta
Els cromosomes es disposen per parells, i els membres de cada parell es denominen cromosomes homòlegs a causa que són iguals amb relació a la ubicació del centròmer i a la seva mida.
En cada cromosoma s'ubica un conjunt de gens determinat, la informació dels quals codifica diferents característiques normals i fins i tot patològiques quan hi ha variacions del gen produïdes per mutació. Per exemple, en el cromosoma 4 es troba el gen la mutació del qual pot provocar la malaltia de Huntington, una malaltia degenerativa del sistema nerviós. El lloc que ocupa un gen en un cromosoma es denomina locus (loci en plural).
Ubicació d'alguns gens les mutacions dels quals poden provocar diferents patologies.
Cromosoma
Patologia
Característiques
X
Distròfia muscular de Duchene
Deteriorament muscular progressiu.
Adrenoleucodistròfia
Alteració del sistema nerviós que cursa amb la mort del subjecte.
4
Malaltia de Huntington
Alteració del sistema nerviós degenerativa.
6
Atàxia espinocerebel·losa
Alteració del sistema nerviós que comporta una disfunció motriu important.
7
Fibrosi quistosa
Alteració del sistema respiratori.
12
Fenilcetonúria
Alteració metabòlica que pot cursar amb retard mental.
14
Malaltia d'Alzheimer
Alteració del sistema nerviós degenerativa.
15
Malaltia de Tay-Sachs
Alteració metabòlica que provoca la mort del subjecte.
17
Neurofibromatosi
Tumoracions del teixit nerviós.
21
Esclerosi lateral amiotròfica
Alteració del sistema nerviós degenerativa.
En l'ésser humà, en disposar d'una dotació diploide, els gens estan duplicats. Aquestes duplicacions no han de coincidir, ja que hi pot haver diferents variants per a cada gen. Aquestes variants es denominen al·lels. El grau de convergència estarà relacionat amb el grau d'homozigosi que presentin els loci del parell cromosòmic determinat.
El locus (en plural, loci) es refereix a la localització d'un gen al cromosoma.
Diferents formes alternatives d'un gen poden implicar diferències en els trets observables (fenotip). La dotació d'al·lels que conté un organisme per a un tret determinat es denomina genotip. En disposar de dos cromosomes en cada parell del cariotip, el genotip per a un caràcter determinat podrà ser homozigot o heterozigot. Serà homozigot si les formes alternatives per a un mateix gen són iguals, i heterozigot quan són diferents.
Un individu homozigot per a un gen específic, en tenir la mateixa forma alternativa del gen en els seus dos cromosomes homòlegs, només podrà produir un mateix tipus de gàmetes per a aquest gen. Mentre que un individu heterozigot per a un gen, en tenir dos al·lels diferents, podrà produir gàmetes amb una forma alternativa i gàmetes amb una altra. De tota manera, es pot destacar que malgrat que un individu pot contenir com a màxim dues formes alternatives d'un gen (al·lels), en la població general hi pot haver múltiples variacions. Aquí entra un tema estudiat per la genètica de poblacions: el patrimoni genètic o conjunt de la totalitat dels gens d'una població.
El genoma és la constitució genètica d'un individu (dotació completa de material genètic de qualsevol organisme).
En definitiva, l'ésser humà presenta dos al·lels per a cada gen a causa que els cromosomes del nostre cariotip es distribueixen per parells (un al·lel a cada cromosoma del parell, ocupant el mateix lloc). La combinació dels al·lels constituirà el genotip per a aquest gen. Què ocorrerà amb el fenotip? Quin dels al·lels s'expressarà? Imaginem que tenim el gen A amb dues formes alternatives: A1 i A2. Cadascuna d'aquestes formes alternatives (al·lels) especifica un fenotip concret: l'al·lel A1 especifica el fenotip 1 i l'al·lel A2 especifica el fenotip 2. Si tinguéssim només un al·lel en el nostre genotip, el resultat final fenotípic resultaria clar, però què ocorre quan es presenten els dos al·lels combinats en el mateix genotip (una forma en un cromosoma i l'altra forma alternativa en l'altre cromosoma)? Dins d'una relació clàssica de dominància i recessivitat, l'al·lel dominant serà aquell que s'expressi en l'individu heterozigot (A1 A2). Per tant, si en un subjecte el genotip del qual és A1 A2 presenta un fenotip 1, direm que l'al·lel dominant és el A1.
Relació de dominància i recessivitat entre les formes alternatives del gen A
Font: adaptat de Martí, S. i Darbra, S. (2006). Genètica del Comportament. Materials de la UAB.
Genotip
Fenotip
A1A1
1
1
A1A2
1
2
A2A2
2
2
L'al·lel A1 és dominant respecte a l'al·lel A2
L'al·lel A2 és dominant respecte a l'al·lel A1
És necessari assenyalar que un al·lel determinat (per exemple, A1) pot ser dominant davant d'un altre al·lel (per exemple, A2) i alhora ser recessiu davant d'un tercer al·lel (per exemple, A3).
De vegades, el subjecte que presenta un genotip heterozigot mostra un fenotip intermedi entre els dos homozigots. Aquest fenomen es denomina dominància incompleta. Si dues persones amb diferent genotip per a un gen determinat (per exemple, un individu heterozigot –A1A2– i un individu homozigot –A1A1–) presenten el mateix fenotip (fenotip 1) direm que l'al·lel (A1) presenta dominància completa. Al contrari, si dues persones amb diferent genotip per a un gen determinat (un individu heterozigot –A1A2– i un individu homozigot –A1A1–) presenten diferent fenotip (fenotip 1a i fenotip 1b) direm que l'al·lel (A1) té dominància incompleta. Per exemple, el grup de Rich Ihle va demostrar que una nova mutació en l'espècie Boa constrictor imperator (patró de pigmentació denominat salmó) mostrava un patró d'herència autosòmica amb dominància intermèdia (Ihle et al., 2000; Ihle, 2002). En aquesta espècie de boa veiem que un fenotip s'expressa parcialment quan només hi ha un al·lel, mentre que s'expressa totalment quan l'individu té els dos al·lels canviats. El fenotip, per tant, depèn de la dosi.
En definitiva, cada individu presenta el mateix conjunt bàsic de gens, però cada gen es pot mostrar en diferents formes alternatives denominades al·lels. Les formes alternatives d'un gen poden variar amb relació a l'ordre de les bases nitrogenades i fins i tot amb relació a la mida que ocupa el gen a la molècula d'ADN.
El genoma d'una persona varia del genoma d'una altra persona perquè la combinació d'al·lels és diferent. De tota manera, resulta sorprenent la petita magnitud d'aquesta diferenciació. En l'ésser humà, s'estima que la seqüència genètica de dues persones seleccionades a l'atzar és aproximadament un 99,9% idèntica. Si aquest percentatge el convertim en el total de bases que no comparteixen dues persones qualssevol, la diferenciació no sembla tan petita, ja que es tracta d'uns tres milions de bases.
La dotació de formes alternatives d'un gen concret que té una persona constitueix el genotip per a aquest gen.
Des d'un punt de vista molecular, un gen és una seqüència de nucleòtids de l'ADN que conté la informació per a sintetitzar proteïnes, per a regular els diferents mecanismes de l'expressió gènica, per a codificar la seqüència de nucleòtids que formaran els diferents àcids ribonucleics, etcètera. Els nucleòtids contenen quatre bases nitrogenades (adenina, guanina, timina i citosina) que constitueixen el denominat codi genètic. A partir d'aquest codi, sorgeix una sèrie de regles que especificaran i relacionaran l'estructura lineal d'una molècula proteica composta per aminoàcids i l'estructura lineal de nucleòtids de la molècula d'ADN.
Un gen és una seqüència de nucleòtids. És a dir, un fragment d'ADN al qual es pot assignar una funció.
Els gens es poden distingir amb relació a la composició de les seves bases al llarg de la seva longitud i a l'ordre. Per això, és crític a l'hora de diferenciar els gens referir-nos a la seqüència de bases que els componen.
Aproximadament, un gen de l'ésser humà sol tenir una longitud d'unes tres mil bases.
El propòsit de la col·lecció de gens dels mamífers (MGC) és proporcionar l'estructura completa de clons per a gens humans, del ratolí, de la rata i de la vaca. Les dades que es mostren en la taula són del 3 de març del 2008.
Març de 2008
Humà
Ratolí
Rata
Vaca
MGC ORF clons totals
26.901
21.916
5.654
9.187
Gens no redundants
16.372
15.334
5.239
8.770
S'estima que el genoma humà conté entre vint mil i vint-i-cinc mil gens (IHGSC, 2004). Així mateix, el genoma humà complet ocupa un total d'uns tres bilions de parells de bases d'ADN. De tota manera, aquests gens suposen només un 5% de tot el material genòmic. La resta del material són seqüències la funció de les quals és, en part, desconeguda actualment. No obstant això, tal com veurem en l'apartat de control epigenètic, aquestes seqüències podrien estar implicades en els mecanismes de regulació gènica.

4.1.El cariotip

Hem de partir de la idea que el conjunt de cromosomes d'una cèl·lula es denomina cariotip.
Representació esquemàtica del nombre total de cromosomes per als diferents tipus de cèl·lules en l'ésser humà
Cèl·lules
Cromosomes
Sexuals
Somàtiques
Gonosomes
1
2
Autosomes
22
44
Total
23
46
El genoma de l'ésser humà s'organitza en dos jocs de 23 cromosomes. Un joc prové de la mare i l'altre prové del pare. Dels 23 parells, podem distingir entre els autosomes i els cromosomes sexuals o gonosomes. Només un parell constitueix els cromosomes sexuals: X i Y.
La determinació del sexe genotípic és determinada pels cromosomes sexuals: el genotip femení és denotat pel parell cromosòmic XX i el masculí, pel parell XY.
En la unió d'un espermatozoide amb l'òvul es comparteixen els 23 cromosomes del gàmeta masculí amb els 23 del femení. L'òvul fecundat conté el genoma haploide (una dotació cromosòmica) de cada gàmeta (pronucli masculí i pronucli femení); els pronuclis s'associen formant un nucli diploide (doble dotació cromosòmica).
En les etapes primerenques del desenvolupament embrionari, les gònades són estructuralment iguals en ambdós sexes. La síndrome de Turner constitueix una anomalia cromosòmica caracteritzada per la presència d'un sol cromosoma X (X0, en què 0 indica absència d'un cromosoma en el parell cromosòmic sexual). Les persones que tenen aquesta patologia no desenvolupen gònades masculines (ja que no tenen cromosoma Y i, per tant, gen SRY), ni femenines (ja que per a produir ovaris es necessiten els dos cromosomes X). No obstant això, tant els òrgans sexuals interns com els externs mostren un fenotip femení normal.
La presència del factor determinant dels testicles determina la diferenciació de les gònades primordials com a testicles. Els òrgans reproductors es diferencien per mitjà de diferents mecanismes genètics i hormonals. Amb l'expressió del gen SRY, les gònades indiferenciades donen lloc a l'aparició dels testicles, els quals segreguen testosterona i AMH a fi d'estimular i inhibir els conductes de Wolff i Müller, respectivament. Així mateix, la secreció de l'enzim 5-α-reductasa permet la transformació de testosterona en DHT, hormona que diferencia el tubercle genital cap a òrgans sexuals externs masculins.
Mecanismes genètics i hormonals de la diferenciació sexual de l'embrió
Hi ha diferents processos patològics que poden comportar alteracions als òrgans sexuals interns:
1) la síndrome d'insensibilitat als andrògens es caracteritza per una alteració genètica que impedeix la síntesi de proteïnes receptores funcionals per als andrògens;
2) la síndrome del conducte müllerià persistent es caracteritza per una alteració genètica que impedeix la síntesi correcta de proteïnes receptores funcionals per a l'AMH. Així, en els subjectes amb el genotip XY, els testicles segregaran testosterona i AMH; la testosterona induirà al desenvolupament del conducte de Wolff, però l'AMH no podrà inhibir el conducte de Müller. Per tant, el subjecte tindrà tant els òrgans sexuals interns masculins com els femenins.
Hi ha diferents processos patològics que poden comportar alteracions dels òrgans sexuals externs:
1) la hiperplàsia adrenal congènita es caracteritza pel fet que les glàndules suprarenals segreguen quantitats anormalment grans d'andrògens en lloc de segregar corticosteroides. Aquesta patologia congènita es pot produir tant en homes com en dones i, en el primer cas, generen una pubertat precoç i, en el cas de les dones, una disrupció del desenvolupament normal dels genitals;
2) en els subjectes XY es pot trobar una mutació genètica que altera la 5-α-reductasa i que, per tant, impedeix la catalització de la testosterona com a DHT. Les gònades masculines i els òrgans sexuals interns es desenvolupen de manera normal; tanmateix, l'absència de DHT fa que la masculinització dels òrgans sexuals externs sigui mínima, i aquests subjectes presenten un fal·lus amb forma de clítoris i plecs genitals amb forma de llavis vaginals.

5.Organització del material genètic: el cromosoma

Tal com s'ha vist anteriorment, la doble cadena d'ADN s'enrotlla sobre unes proteïnes específiques denominades histones. L'ADN juntament amb les histones es torna a enrotllar sobre si mateix, i forma la cromatina. Però des d'una perspectiva estructural, què són els cromosomes? Els cromosomes són la cromatina en un estat de molta compactació. Aquesta màxima compactació es pot observar quan la cèl·lula s'està dividint.
El 1928, es van posar en circulació els conceptes d'heterocromatina i eucromatina per a referir-se als trossos dels cromosomes que persistien condensats i els que no ho estaven, respectivament.
Hem de tenir present que cada cromosoma es troba format per una molècula d'ADN unida a proteïnes denominades histones (H1, H2A, H2B, H3 i H4). L'enrotllament de l'ADN a les histones constitueix un nucleosoma.
Els nucleosomes es pleguen uns sobre els altres de manera estructurada i generen una fibra que presenta una espessor de 30 nanòmetres, de manera que compacten l'ADN i redueixen la seva longitud unes cent vegades.
Posteriorment, s'aconsegueixen successius nivells de condensació fins a arribar al cromosoma metafàsic.
Esquema de la condensació de l'ADN fins a assolir l'estructura de cromosoma metafàsic

6.La síntesi de l'ADN: model semiconservatiu de la replicació

Tal com hem vist, durant el cicle cel·lular, la mitosi és el període consistent en la repartició del material genètic i la seva distribució equilibrada en dos nuclis cel·lulars diferents. Prèviament a aquest període, quan la cèl·lula és prou gran i l'ambient és favorable, aquesta ha de passar per un període en què es generin les estructures i mecanismes necessaris per a dur a terme la divisió mitòtica d'una manera adequada: la interfase. La interfase es pot dividir en tres intervals clarament diferenciats: G1, S i G2. Durant l'interval S, es duu a terme la replicació de l'ADN. L'inici de la replicació a les cèl·lules eucariotes es troba regulat mitjançant un complex proteic de prereplicació.
La duplicació de l'ADN és el procés pel qual es generen dues còpies idèntiques a la molècula original.

6.1.Els experiments de Meselson i Stahl

La comprensió del procés de duplicació està molt relacionada, des d'un punt de vista estructural, amb les dues cadenes de l'ADN. Es tracta de dues cadenes complementàries entrellaçades, la qual cosa confereix una gran estabilitat a la macromolècula. Partint d'aquesta premissa, és lògic pensar en la necessitat de diferents enzims per a dur a terme el procés de separar ambdues cadenes i copiar-les posteriorment per a obtenir dues molècules d'ADN. No obstant això, com es podria dur a terme aquest procés? Mantenint una cadena original en cadascuna de les molècules d'ADN filles? Deixant les dues cadenes originals en una molècula d'ADN i les dues cadenes noves a l'altra molècula? Duent a terme el procés de duplicació, mantenint fragments d'ADN antic i nou dins de la mateixa molècula d'ADN?
En l'explicació de la duplicació van sorgir tres hipòtesis inicials:
1) Hipòtesi dispersora: aquesta hipòtesi suggereix que cadascuna de les cadenes noves d'ADN són formades per trossos d'ADN originals i trossos d'ADN nou.
2) Hipòtesi conservadora: proposa que una de les cadenes d'ADN formades en la replicació es troba constituïda per l'ADN original, mentre que l'altra cadena és formada per les cadenes noves.
3) Hipòtesi semiconservadora: aquesta hipòtesi (que sorgeix del model postulat per Watson i Crick) suggereix que en cada molècula d'ADN formada en la replicació, una de les cadenes és antiga i l'altra és nova. De tal manera, que la cadena antiga actua com a motlle en el procés i permet que es vagi constituint la nova cadena mitjançant un procés de polimerització dels nucleòtids lliures utilitzant el principi de complementarietat de les bases dels nucleòtids.
Al final de la dècada de 1950, Matthew Meselson i Franklin Stahl van publicar les dades d'un experiment que posava de manifest que la replicació de l'ADN seguia un model semiconservatiu.
Aquests autors, utilitzant el bacteri Escherichia coli, van descobrir que a partir d'una molècula d'ADN s'obtenien dues molècules, de tal forma que cadascuna de les cadenes filles portava una cadena d'ADN antiga i una cadena d'ADN nou.
Meselson i Stahl van conrear bacteris Escherichia coli en un medi amb nitrogen pesant (15N). D'aquesta manera, les bases nitrogenades que es generessin portarien agregat aquest isòtop pesant de nitrogen. Els autors van transferir les cèl·lules marcades amb 15N a un medi que només contenia 14 N (14NH4 Cl), un isòtop més lleuger. En aquest nou medi, la síntesi d'ADN nou contindria l'isòtop lleuger (14N). Després d'aquest procés, l'ADN es presentava en una única banda. Resultava, per tant, un ADN "híbrid", ja que contenia una cadena d'ADN antiga formada amb nucleòtids que contenien el nitrogen pesant (15N) i una cadena d'ADN nova formada amb nucleòtids que contenien el nitrogen lleuger (14N). En dur a terme dues divisions cel·lulars, l'ADN es va presentar en dues bandes de densitat diferent, a causa que una de les bandes contenia ADN format amb dues cadenes amb nucleòtids que només contenien el nitrogen lleuger (14N) i l'altra banda tenia ADN "híbrid", és a dir que contenia una cadena d'ADN formada amb nucleòtids que contenien el nitrogen pesant (15N) i una cadena d'ADN nova formada amb nucleòtids que contenien el nitrogen lleuger (14N).
Posteriorment, Taylor, Woods i Hughes van demostrar el model de replicació semiconservatiu en cèl·lules eucariotes.
La duplicació de l'ADN és semiconservativa. En finalitzar el procés de replicació, cada molècula d'ADN conté una cadena original i una cadena nova.

6.2.Replicació de l'ADN: duplicació de la informació genètica per a transmetre-la a la generació següent

S'ha de tenir present que, si s'estengués en una cadena única, l'ADN d'una sola cèl·lula humana mesuraria gairebé dos metres de llarg. Som davant d'un tipus de biomolècula que pot contenir una informació equivalent a unes 600.000 pàgines impreses de 500 paraules cadascuna, o a una biblioteca d'aproximadament 1.000 llibres. Amb la qual cosa és lògic pensar que la duplicació de l'ADN s'ha de dur a terme d'una manera molt controlada i seqüencial. Per això, la primera idea de la qual hem de partir és que la replicació dels cromosomes eucariòtics s'inicia en orígens múltiples.
Els treballs inicials de la síntesi de l'ADN van utilitzar cèl·lules procariotes per a estudiar els mecanismes que en regulen la replicació. Els fonaments de la replicació són molt semblants, encara que, tal com veurem, en les cèl·lules eucariotes resulta més complicat.
La duplicació de l'ADN és un procés que requereix aportament energètic. Aquest s'obté a partir de les molècules de deoxinucleòtids que contenen tres fosfats (dATP, dCTP, dGTP i dTTP). Les molècules de nucleòtids compostes per tres grups fosfats es van unint a la cadena motlle seguint el principi de complementarietat de les bases nitrogenades. D'aquesta manera, per exemple, una molècula lliure de dTTP s'uneix mitjançant ponts d'hidrogen amb la base complementària adenina de la cadena motlle d'ADN. L'ADN polimerasa s'encarrega de catalitzar el procés d'unió d'un nucleòtid amb l'altre en la formació del polímer. Es produeix pirofosfat (PPi) com a producte de la reacció, i s'allibera l'energia suficient per a catalitzar la formació d'un enllaç fosfodièster entre l'extrem terminal 3' del grup hidroxil de la cadena d'ADN en formació i el primer fosfat del deoxinucleòtid que s'acaba d'unir.
Esquemàticament, el procés de duplicació de l'ADN té dues fases clarament diferenciades:
1)iniciació,
2)elongació.
Durant la fase d'iniciació, diferents proteïnes s'encarreguen de separar i de preparar les dues cadenes de molècula d'ADN. En la fase d'elongació, el que succeeix és que diferents molècules s'encarreguen de connectar la seqüència correcta de nucleòtids a les dues noves cadenes en formació.
Esquemàticament, el procés de duplicació de l'ADN comença amb el desenrotllament de l'ADN i la separació parcial de les dues cadenes que formen la molècula d'ADN. Recordem que aquestes cadenes es troben unides mitjançant ponts d'hidrogen per mitjà de les bases nitrogenades seguint el principi de complementarietat entre bases púriques i pirimidíniques. Les proteïnes que necessiten energia (ATP) per a trencar aquests ponts d'hidrogen, desnaturalitzant la doble hèlix d'ADN, són les helicases.
La duplicació de l'ADN necessita la formació de la forqueta de replicació i requereix la participació de diferents molècules especialitzades.
La regió de l'ADN que es troba oberta (les bases es troben separades) es denomina bombolla de replicació. En aquesta regió, es creen dues àrees en forma de Y; cadascuna de les quals es denomina forqueta de la replicació. La formació d'aquestes forquetes s'inicia en relació amb les proteïnes estabilitzadores. Aquestes exerceixen la funció de mantenir la separació dels dos filaments complementaris.
Una vegada separades les dues cadenes, cadascuna d'elles servirà com a motlle per a la formació de les noves cadenes d'ADN. El complex enzimàtic ADN polimerasa III és l'encarregat de portar a terme la formació d'aquestes noves cadenes.
El 1956, Kornberg, un deixeble de Severo Ochoa, va aïllar un enzim que era capaç de formar polímers de nucleòtids creant les cadenes d'ADN en models in vivo: l'ADN polimerasa. Avui, sabem que les molècules d'ADN polimerasa es troben implicades en la síntesi de l'ADN. Mitjançant l'estudi de diferents soques mutants d'Escherichia coli, s'ha pogut comprovar que la polimerasa responsable de la replicació in vivo és l'ADN polimerasa III.
El 1956, Kornberg, un deixeble de Severo Ochoa, va aïllar un enzim que era capaç de formar polímers de nucleòtids creant les cadenes d'ADN en models in vivo: l'ADN polimerasa. Avui, sabem que les molècules d'ADN polimerasa es troben implicades en la síntesi de l'ADN. Mitjançant l'estudi de diferents soques mutants d'Escherichia coli, s'ha pogut comprovar que la polimerasa responsable de la replicació in vivo és l'ADN polimerasa III.
Una vegada formada la forqueta de replicació, hi ha diferents proteïnes que s'encarreguen d'estabilitzar-la, cosa que facilita la disminució de la tensió d'enrotllament produïda per la replicació. Aquesta tensió pot produir un superenrotllament. Per a disminuir la tensió i evitar-ho, és important la funció de l'ADN girasa (un enzim del grup de les ADN topoisomerases II en l'Escherichia coli).
La fase d'elongació consisteix en la connexió de les seqüències correctes de nucleòtids a la nova cadena d'ADN. D'aquesta manera, la síntesi de l'ADN es produeix en direcció 5'-3'; per a això, un enzim denominat primasa (un ARN polimerasa) comença el procés de formació de l'ADN en localitzacions concretes de la cadena motlle, de manera que forma un petit tros d'ARN que actuarà com a encebador en proporcionar un extrem 3' perquè l'ADN polimerasa III pugui iniciar la formació del polímer d'àcid nucleic. L'encebador d'ARN s'ha d'extreure i s'ha de reemplaçar per ADN. Aquest pas sembla controlat per l'enzim ADN polimerasa I, que eliminarà l'encebador d'ARN i reemplaçarà els nucleòtids.
La doble cadena d'ADN és antiparal·lela, és a dir, el sentit de les dues cadenes és diferent a causa que presenten diferent polaritat. Una de les cadenes està disposada en el sentit 5' a 3', mentre que l'altra ho està en el sentit 3' a 5'. Per això, en un extrem de la molècula d'ADN, una de les cadenes acaba amb un grup hidroxil en la posició 3', mentre que l'altra acaba amb un grup fosfat en la posició 5'. A causa d'aquesta característica de l'estructura i conformació de l'ADN, l'ADN polimerasa III duu a terme el procés de polimerització en la cadena líder seguint el sentit 5' a 3' d'una manera contínua. Què succeeix en la cadena oposada? En la cadena paral·lela, el procés de replicació es porta a terme d'una forma retardada (per això, s'identifica freqüentment com a cadena retardada). Per a dur a terme la polimerització, cal utilitzar de fragments petits, els fragments d'Okazaki. Cada fragment d'Okazaki s'uneix a un encebador d'ARN. En tractar-se d'una síntesi discontínua de l'ADN en la cadena retardada, és necessari eliminar l'encebador d'ARN (que proporciona en extrem 3' per a poder polimeritzar seguint el sentit 5' a 3') i unir els fragments d'Okazaki. Aquests seran acoblats per l'ADN ligasa.
La síntesi en les cadenes avançada i retardada es pot dur a terme d'una manera simultània en una única forqueta de replicació. L'ADN polimerasa III actua en dímers fent la polimerització en cadascuna de les cadenes. La cadena retardada forma un bucle o llaç per modificar la direcció física de la síntesi d'ADN. Cada meitat de l'ADN polimerasa III dimèrica s'uneix a una de les cadenes motlle mitjançant una abraçadora lliscant.
La duplicació de l'ADN és un procés bidireccional; hi ha una helicasa que treballa en un sentit i una altra que treballa en sentit oposat.
En les cèl·lules eucariotes, la síntesi de l'ADN és molt semblant a la de les cèl·lules procariotes, encara que resulta més complexa. Una primera diferència que ens trobem és que els cromosomes de les cèl·lules eucariotes tenen múltiples inicis de la replicació. Un segon aspecte important clarament diferenciador és la quantitat d'ADN polimerases implicades en la replicació de l'ADN eucariòtic. Sembla que les polimerases α, δ i ε són crítiques per a la replicació de l'ADN nuclear, mentre que les polimerases β i ζ estarien implicades en la reparació de l'ADN. La polimerasa γ, per la seva part, sembla estar implicada en la replicació de l'ADN mitocondrial. Un altre aspecte important que cal tenir present és que l'ADN de les cèl·lules eucariotes es troba associat a proteïnes (histones). Això implica que en la duplicació de l'ADN s'ha de dur a terme una distribució dels nucleosomes.
Hem de tenir present que els cromosomes eucariòtics són lineals i no circulars com en els organismes procariotes. Aquesta conformació implica un problema que ocorre durant la replicació i que afecta els extrems dels cromosomes lineals: apareix un buit després de la síntesi de la cadena retardada. Aquí exerceix una funció essencial un enzim: la telomerasa. Aquesta és capaç d'afegir repeticions de nucleòtids en l'extrem 3' de la cadena retardada. La telomerasa permet que els extrems del cromosoma (telòmers) puguin actuar com a inici de replicació. Mitjançant l'extensió dels extrems 3' dels extrems del cromosoma, la telomerasa impedeix la pèrdua dels telòmers.
La duplicació de l'ADN és catalitzada per un conjunt d'enzims. L'ADN polimerasa actua fent la polimerització en cadascuna de les cadenes de l'ADN.

7.La transcripció

L'ADN de les cèl·lules eucariotes es troba situat en el nucli cel·lular, mentre que la maquinària per a la síntesi de proteïnes es troba en el citoplasma.
L'ADN no surt mai del nucli de la cèl·lula. Llavors, com és possible utilitzar la informació de l'ADN per a sintetitzar noves proteïnes?
El procés de transcripció consisteix a sintetitzar una molècula d'ARN sobre un motlle d'ADN. Com a resultat d'aquest procés, obtindrem una molècula d'ARNm que és complementària de la seqüència específica del gen d'una de les dues cadenes de la molècula d'ADN.
Quan se sintetitza l'ARN, s'utilitza el principi de complementarietat de bases, tenint present que en lloc de timina s'utilitzarà com a base l'uracil.
Hem de tenir present que l'ARN és sintetitzat en el nucli de la cèl·lula i migrarà al citoplasma per posar en marxa el procés de traducció. En general, podem dir que la quantitat d'ARN és proporcional a la de proteïna sintetitzada.
La molècula que dirigeix la transcripció és l'ARN polimerasa. Tal com veurem en l'apartat de regulació genètica, s'ha pogut comprovar que en cèl·lules eucariotes hi ha tres ARN polimerases per a dur a terme el procés de transcripció (ARN polimerasa I, ARN polimerasa II, ARN polimerasa III). El promotor per a cada tipus d'ARN polimerasa s'acobla a diferents factors de transcripció.
Aquest procés comença quan l'ARN polimerasa s'uneix a la doble hèlix d'ADN en un lloc determinat (regió de la cadena motlle), anomenat promotor. Els promotors contenen seqüències específiques d'ADN (com la caixa TATA) que són crítiques per a la unió de l'enzim. En aquest promotor s'han d'haver unit una sèrie de senyals, que són els que activen el procés i el promouen. La transcripció acaba quan l'ARN polimerasa assoleix una regió específica de l'ADN ubicada al final del gen (senyal d'aturada de la transcripció). La cadena d'ARN sintetitzada s'allibera i l'ARN polimerasa se separa i es pot unir a una altra seqüència promotora. Tal com hem vist, no tot l'ADN es transcriu en missatger.
El transcrit primari es modifica prèviament a la traducció, de manera que s'eliminen les seqüències intercalades no codificants (introns) i s'uneixen els exons. El transcrit d'ARN es modifica inicialment mitjançant l'addició d'una caperutxa de 7-metil-guanosina (7 mg) en l'extrem 5' i d'una cua de poli A en l'extrem 3'. Aquestes modificacions són essencials perquè el transcrit d'ARN pugui continuar sent processat i pugui ser transportat al citoplasma cel·lular, que és on es posarà en marxa la traducció.
La seqüència de nucleòtids que formen el pre-ARNm es pot modificar abans de la traducció (edició de l'ARN). Principalment, s'han estudiat dos tipus diferents de mecanismes d'edició de l'ARN: edició per inserció/deleció i edició per substitució.
En l'apartat de regulació de l'expressió gènica, es detallaran alguns aspectes importants relacionats amb la síntesi de l'ARN.
Diferents tipus de processament del transcrit primari
Tal com hem vist, no tot l'ADN es transcriu en missatger. Aquest també es transcriu a ARN ribosòmic i de transferència. De la mateixa manera, els ARN ribosòmics i de transferència també experimenten el procés de maduració que experimenta el missatger. S'ha pogut comprovar que en cèl·lules eucariotes, els ARN ribosòmics 18 S, 28 S i 5,8 S provenen d'un mateix transcrit primari.
Tal com hem vist, no tot l'ADN es transcriu en missatger. Aquest també es transcriu a ARN ribosòmic i de transferència. De la mateixa manera, els ARN ribosòmics i de transferència també experimenten el procés de maduració que experimenta el missatger. S'ha pogut comprovar que en cèl·lules eucariotes, els ARN ribosòmics 18 S, 28 S i 5,8 S provenen d'un mateix transcrit primari.

8.El codi genètic: el llenguatge de la vida

Una proteïna és una molècula que conté centenars d'aminoàcids. Els aminoàcids s'uneixen entre ells mitjançant enllaços peptídics per formar les proteïnes. Hi ha 20 tipus diferents d'aminoàcids per a crear els milers de proteïnes de l'ésser humà. La seqüència concreta d'aminoàcids que formarà una proteïna específica en determinarà l'estructura tridimensional i la funció biològica. L'ADN disposa de la informació necessària per a especificar els aminoàcids que formaran una proteïna determinada i en quin ordre s'establiran dins de la cadena polipeptídica. No obstant això, els àcids nucleics són llargues cadenes de nucleòtids compostos per quatre tipus diferents de bases nitrogenades. Amb això, queda patent la necessitat d'un codi que permeti dur a terme una traducció del llenguatge dels àcids nucleics al llenguatge de les proteïnes.
Com és possible codificar amb quatre lletres la informació existent sobre els vint aminoàcids que es podran unir en un ordre concret per formar una cadena polipeptídica? Si cada base codifiqués un aminoàcid, el nombre màxim d'aminoàcids que podria formar part de les proteïnes seria de quatre. Si cada dues bases es codifiqués un aminoàcid, el nombre d'aminoàcids que es podria utilitzar seria de setze. Al contrari, si cada tres bases es codifiqués un aminoàcid, el nombre de combinacions possibles seria de seixanta-quatre. Per tant, en tenir vint aminoàcids cal llegir les bases de tres en tres.
Per tant, el llenguatge de la vida, o codi genètic, es basa en una lectura d'agrupacions de tres bases. Aquestes agrupacions de tres bases es denominen triplets en l'ADN i codons en l'ARNm. Per a l'ADN, les bases que podran formar els triplets són: adenina, guanina, citosina i timina. Per la seva banda, en l'ARNm les bases que formaran els codons són: adenina, guanina, citosina i uracil.
Les diferents distribucions en les quals s'ubicaran les bases en el triplet definiran els aminoàcids que s'aniran unint per formar una proteïna. És a dir, cada agrupació de tres bases especificarà un aminoàcid.

8.1.Propietats del codi genètic

El codi genètic és redundant o degenerat a causa que un aminoàcid pot ser codificat per més d'un codó. Això ocorre en divuit dels aminoàcids; la metionina i el triptòfan són especificats només per un codó.
La segona propietat del codi genètic és que cada agrupació de tres ribonucleòtids (codó) especifica un sol aminoàcid, amb la qual cosa no presenta ambigüitats.
En tercer lloc, la lectura del codi s'ha de fer d'una manera lineal (sense comes i sense cap interrupció). Així, la lectura de l'ARNm s'inicia en un punt i avança de codó en codó, sense separació entre ells. És important recordar que un gen és una seqüència lineal de nucleòtids que ocupa un lloc físic concret en un cromosoma. Mitjançant la transcripció, s'obtindrà l'ARNm que contindrà la combinació d'agrupacions de bases ribonucleotídiques que es traduiran en una seqüència lineal d'aminoàcids.
La quarta propietat del codi genètic es basa en senyals d'inici i acabament del procés. El codó AUG és el senyal d'inici que especifica l'aminoàcid metionina. No obstant això, aquest aminoàcid s'insereix no formilat a la cadena polipeptídica. Rares vegades, el codó GUG (que especifica habitualment l'aminoàcid valina) pot codificar l'aminoàcid metionina, i constituir un senyal d'iniciació. Quant a l'acabament, hi ha tres senyals formats per l'agrupació dels ribonucleòtids següents: UAG, UAA i UGA. Aquests senyals no codifiquen cap aminoàcid (amb la qual cosa no són reconeguts per cap ARN de transferència).
En cinquè lloc, cal destacar que el codi genètic no s'encavalca, de tal manera que iniciat el procés, cada ribonucleòtid forma part només d'una agrupació (codó).
Finalment, es tracta d'un codi que resulta gairebé universal. Fins a l'inici de la dècada de 1980, es pensava que aquest codi era universal, és a dir, que tots els éssers vius l'utilitzaven per a traduir el missatge dels àcids nucleics a les proteïnes. Avui en dia, sabem que hi ha algunes excepcions (per exemple, en l'ADN mitocondrial de llevats i de l'ésser humà, en gens nuclears d'alguns protozous ciliats).

9.La traducció

Una vegada ja tenim transcrita en l'ARN la informació continguda en els gens, l'hem de "traduir" a polipèptids seguint les regles del codi genètic. Tal com hem vist, les proteïnes són cadenes d'aminoàcids que estan plegades en l'espai i que tenen una funció fisiològica molt específica. Parlem de traducció perquè passem d'un llenguatge basat en la complementarietat de bases i en les bases individuals a un llenguatge basat en aminoàcids.
La seqüència d'aminoàcids que formen l'estructura primària d'una proteïna queda codificada en l'ARNm. La síntesi de la proteïna es duu a terme en els ribosomes. En cèl·lules eucariotes, un ribosoma té dues subunitats (1) : una subunitat gran (60 S, ARN 28 S + 49 proteïnes) i una subunitat petita (40 S, ARNr 18 S + 33 proteïnes).
Mitjançant un mecanisme enzimàtic intricat, els ARN de transferència van incorporant els aminoàcids especificats per la seqüència lineal de codons de l'ARNm. Per això, hem de tenir present que hi ha d'haver tants ARN de transferència com codons diferents en l'ARNm. En l'ARNt hi ha un triplet de nucleòtids (anticodó) que és complementari del codó de l'ARNm, de manera que l'aminoàcid que transporta cada ARNt és el que especifica el seu codó. D'aquesta manera, es poden seguir les lleis del codi genètic per a saber quin aminoàcid correspon i en quina posició per a la síntesi d'una proteïna determinada.
Els ARNt transporten els aminoàcids que corresponguin al ribosoma per a la síntesi d'una proteïna. Aquests aminoàcids s'uneixen en l'extrem 3' dels ARN de transferència. Un procés enzimàtic (càrrega de l'ARNt) és l'encarregat que cada ARNt porti l'aminoàcid que correspon amb el seu anticodó (enzims denominats aminoacil ARNt sintetases).
La traducció es pot dividir en tres passos:
1)iniciació,
2)prolongació o elongació,
3)acabament.
El procés es podria esquematitzar de la manera següent:
1) Iniciació
El missatger s'uneix a la subunitat petita del ribosoma juntament amb els factors d'iniciació (IF1, IF2 i IF3). Un ARNt que transporta l'aminoàcid metionina s'uneix del codó de l'ARNm al lloc P del component de traducció (és el que denominemcomplex d'iniciació). S'allibera l'IF3, i la subunitat gran del ribosoma s'uneix al complex, de manera que s'alliberen els factors d'iniciació 1 i 2. Seguidament, s'uneix (al lloc A del ribosoma) l'ARNt següent l'anticodó del qual és complementari del codó següent de l'ARNm.
2) Prolongació
Gràcies a l'EF-Tu es possibilita l'inici de la prolongació. Es genera un enllaç peptídic entre els aminoàcids (peptidil transferasa) i l'ARNt que s'ha quedat sense càrrega (sense aminoàcid) es desplaça al lloc E, i surt posteriorment del ribosoma. L'ARNm es transloca tres bases cap a l'esquerra, de manera que l'ARNt que carrega amb els dos aminoàcids es mou al lloc P (l'acció de l'EF-G és crítica per a completar aquest primer pas). Posteriorment, entra al lloc A (ajudat per l'EF-Tu) el tercer ARNt (l'anticodó del qual és complementari del codó següent de l'ARNm) carregat amb un aminoàcid nou. Es duu a terme un nou enllaç peptídic formant un tripèptid. L'ARNt que s'ha quedat sense càrrega (sense aminoàcid) es desplaça al lloc E, i surt posteriorment del ribosoma. L'ARNm es transloca tres bases cap a l'esquerra, de manera que l'ARNt que carrega amb els tres aminoàcids es mou al lloc P. Es continua el procés fins a arribar al codó d'acabament de l'ARNm.
3) Acabament
Tal com s'ha vist en l'apartat del codi genètic, l'acabament del procés de traducció es troba indicat per tres triplets: UAA, UAG i UGA. L'aparició del codó d'acabament en l'ARNm implica l'acció de factors d'alliberament (o d'acabament) que depenen del GTP que escindeixen la cadena polipeptídica de l'ARNt terminal, i l'alliberen del complex de traducció. Per tant, els components del complex de traducció se separen i el polipèptid es plega en la proteïna.
En la figura es presenta el resum dels processos de transcripció i traducció.
Ampliació
En la figura es presenta el resum dels processos de transcripció i traducció.
En seguir la fase de prolongació, i en el moment que la zona inicial de l'ARNm ja ha passat pel ribosoma, l'ARNm s'allibera i es pot associar amb una altra subunitat petita per iniciar de nou el procés. Aquest mecanisme es pot repetir diverses vegades en una mateixa molècula de missatger, cosa que dóna lloc a un poliribosoma.

10.Mutacions

La funció del material genètic és allotjar i transmetre la informació a la progènie. Per a això, hi ha diferents mecanismes que ajudaran a regular i resoldre la integritat de l'ADN, i evitaran que sofreixi alteracions. No obstant això, de vegades es dóna lloc a alteracions que no es poden corregir ni reparar. S'estima que un de cada mil errors que ocorren no és reparat, de manera que la informació que s'allotja en aquesta porció de material genètic queda alterada d'una generació a la successiva i s'ocasiona una mutació.
L'origen de les diferents formes alternatives que pot presentar un gen el podem trobar en les mutacions.
Les modificacions que pot sofrir el nostre ADN són múltiples. D'una banda, es pot modificar un sol gen (mutacions gèniques). També pot ocórrer que les alteracions afectin canvis en el nombre de cromosomes (mutacions genòmiques), o bé que afectin l'estructura del mateix cromosoma (mutacions cromosòmiques).
Les mutacions que afecten un sol gen (mutacions gèniques) es poden produir per diferents causes. Hem de partir de la idea que, en tractar-se de mutacions en gens específics, les alteracions se circumscriuran a canvis en els nucleòtids que formen aquest gen. D'aquesta manera, per exemple, pot ser que hi hagi una pèrdua d'alguns d'aquests nucleòtids. Aquest tipus de mutació es denomina deleció (per exemple, ...GCCATCGAA... en lloc de ...GCCTTAATCGAA...). Un altre tipus de mutació són les insercions. Aquesta mutació gènica ocorre quan s'insereix un o més parells de nucleòtids (per exemple, ...GCCCAATTAATCGAA... en lloc de ...GCCTTAATCGAA...). Les inversions són un tipus de mutació gènica que implica que un conjunt de nucleòtids d'un gen sigui introduït en ordre oposat (per exemple, ...AAGTAATACCG... en lloc de ...GCCATAATGAA...). Les substitucions són mutacions que ocorren quan un nucleòtid és modificat per un altre nucleòtid diferent (per exemple, ... AGTCCATAATGAA... en lloc de ...ATCATAATGAA...). No obstant això, moltes vegades, les mutacions que afecten un sol gen es deuen a alteracions en un sol nucleòtid. Aquest tipus de mutacions gèniques es denomina mutacions puntiformes.
Les mutacions puntiformes poden tenir diferents efectes sobre la síntesi de polipèptid que codifica el gen. Parlem de mutacions silencioses quan la modificació és d'un sol nucleòtid (mutació puntiforme) sense generar alteracions fenotípiques. Com és possible que no es modifiqui l'estructura del polipèptid que codifica el gen? La resposta la podem trobar en el codi genètic. Recordem que el codi genètic és redundant. D'aquesta manera, és possible que la modificació d'un dels nucleòtids en els triplets no alteri el producte acabat a causa que, segons el codi, correspondria el mateix aminoàcid. Un altre tipus de mutació puntiforme són les mutacions sense sentit. En aquest cas, el canvi d'un sol nucleòtid en un dels triplets d'ADN genera el canvi d'un codó d'ARNm que codifica un aminoàcid en un codó d'aturada, amb la qual cosa s'interromp la síntesi del polipèptid de forma avançada. Les mutacions errònies són aquelles mutacions puntiformes que succeeixen quan es modifica un nucleòtid per un altre nucleòtid en la seqüència d'ADN. Això implica que el codó d'ARNm que codificava un aminoàcid determinat es converteixi en un altre codó que codifica un altre aminoàcid. Amb una mutació errònia es modifica l'estructura primària de la proteïna sintetitzada i, per tant, això pot afectar-ne l'estructura tridimensional i fins i tot la funció biològica. Finalment, una altra de les modificacions que pot succeir són els desplaçaments de pauta de lectura. En aquest tipus de mutació puntiforme, quan hi ha una inserció o una pèrdua d'un nucleòtid durant la duplicació del material genètic es desplaça la pauta de lectura del missatger, de tal manera que el producte acabat (polipèptid) que codificava el gen és diferent.
La modificació d'un nucleòtid o diversos pot implicar l'aparició d'alteracions greus en el fenotip d'una persona. S'ha pogut comprovar que diferents alteracions congènites són provocades per aquest tipus de mutacions, per exemple, algunes alteracions metabòliques com la fenilcetonúria o l'alcaptonúria (totes dues són malalties de caràcter recessiu).
En la figura, podem observar diferents rutes metabòliques que donen lloc a la síntesi de diferents productes biològics. L'alteració d'algun dels passos ubicats en aquestes rutes pot implicar l'aparició d'alteracions importants com la fenilcetonúria, el cretinisme genètic, la tirosinèmia, l'albinisme o l'alcaptonúria. Es tracta d'alteracions de tipus metabòlic produïdes per mutacions gèniques que afecten els enzims implicats en les rutes metabòliques presentades.
En la figura, podem observar diferents rutes metabòliques que donen lloc a la síntesi de diferents productes biològics. L'alteració d'algun dels passos ubicats en aquestes rutes pot implicar l'aparició d'alteracions importants com la fenilcetonúria, el cretinisme genètic, la tirosinèmia, l'albinisme o l'alcaptonúria. Es tracta d'alteracions de tipus metabòlic produïdes per mutacions gèniques que afecten els enzims implicats en les rutes metabòliques presentades.
Pel que fa a les mutacions que afecten l'estructura dels cromosomes (mutacions cromosòmiques), hem de tenir present l'existència de diferents tipus en funció del mecanisme i del tros d'ADN que afecti. Algunes de les alteracions estructurals que podem trobar són les següents:
1)De vegades, es pot escindir un tros d'un cromosoma (deleció).
2)Altres vegades, el tros delecionat d'un cromosoma s'uneix a un altre cromosoma (translocació).
3)D'altres vegades, el tros d'ADN s'insereix en el mateix lloc però en sentit invers (inversió).
4)Pot ocórrer que un tros del cromosoma es repliqui dues vegades (duplicació).
Amb relació a les alteracions que afecten canvis en el nombre de cromosomes (mutacions genòmiques), hem de destacar que hi ha diferents tipus en funció de si el nombre de cromosomes d'una cèl·lula (o de la totalitat de cèl·lules) és múltiple exacte del nombre haploide (n) i diferent del nombre diploide (2n) (poliploïdia), o bé si el nombre de cromosomes d'una cèl·lula no és el nombre haploide ni múltiple exacte del nombre haploide normal (aneuploïdia).
Aquest tipus d'alteracions pot ocórrer per errors en els processos de divisió cel·lular (mitosi o meiosi), o bé per altres causes relacionades amb el procés de fecundació i el de duplicació cromosòmica.
Tant les alteracions en l'estructura del cromosoma com les alteracions en el seu nombre es desenvoluparan amb més deteniment en l'apartat d'anomalies cromosòmiques.
Malgrat tot el que acabem de veure, cal tenir present que els errors que succeeixen durant la replicació de l'ADN tenen una taxa molt baixa (un error per cada milió de replicacions). Els errors que ocorren no solen tenir efecte, o l'efecte és nimi amb relació a l'activitat genètica. Algunes vegades, les mutacions sí que poden afectar greument el fenotip de la persona, i alterar el polipèptid que codifica el gen canviat. No obstant això, també algunes mutacions poden tenir efectes beneficiosos sobre l'ésser humà en augmentar la variabilitat dins de l'espècie i facilitar l'adaptació d'aquells individus que han perpetuat els seus propis gens. Imaginem que una mutació es produeix en una cèl·lula sexual (gàmeta) d'un individu. Aquesta mutació es podrà transmetre als descendents d'aquest individu i, d'aquesta manera, passarà d'una generació a l'altra. Suposem que aquesta mutació provoca algun canvi en el fenotip que implica un avantatge clar per a la supervivència de l'individu. Així, els individus que tinguin la mutació arribaran a la maduresa sexual, podran perpetuar els seus gens en la descendència i, al seu torn, transmetre la mutació avantatjosa. Tot el reservori de mutacions adaptatives i favorables per a la conservació d'una determinada població de subjectes podrà comportar l'impuls d'una nova espècie (selecció natural).
Finalment, cal destacar que algunes vegades les mutacions poden modificar el fenotip amb relació a manifestacions diferencials en els descendents del progenitor que té la mutació. Per exemple, les mutacions dinàmiques ocorren quan es produeix una repetició anòmala d'un triplet de bases en un tros d'ADN (gen). Aquest tipus de mutació pot induir al fenomen d'anticipació d'un gen, de manera que si aquest gen és el responsable d'una patologia determinada, aquesta es manifestarà en els descendents de manera primerenca i amb una simptomatologia més acusada.

11.Control epigenètic, modificacions i nivells de l'expressió genètica

A excepció de les cèl·lules sexuals (que tenen només un cromosoma de cada parell), la resta de cèl·lules del nostre cos té la mateixa informació genètica: gens ubicats en diferents llocs dels 23 parells de cromosomes. Cada teixit de l'organisme és compost per diferents tipus de poblacions cel·lulars. Com pot ser que totes les cèl·lules tinguin la mateixa informació genètica i que la seva funció sigui tan diferent? Dit d'una altra manera, què és el que fa que, per exemple, una cèl·lula pancreàtica pugui alliberar insulina en certs moments del dia en relació amb els processos metabòlics, mentre que una cèl·lula piramidal de la medul·la espinal alliberi acetilcolina mitjançant el seu botó terminal per a generar la contracció muscular? La resposta inicialment pot semblar senzilla, i és que cada tipus cel·lular fabricarà unes proteïnes específiques. I si ens centrem en les diferències morfològiques de les cèl·lules? Què és el que fa que un hepatòcit tingui una morfologia determinada mentre que una cèl·lula muscular en tingui una altra de significativament diferent? La resposta inicial la podríem completar argumentant que, en cada tipus de cèl·lula, els gens que s'expressen són diferents.
Hem de tenir present que, aproximadament en cada tipus de cèl·lula, s'expressa només un 5% dels seus gens. D'aquesta manera, per exemple, en una neurona s'activaran i expressaran uns gens que romandran inactius en una cèl·lula de la pell. Els gens que s'expressin en la neurona seran aquells que li permetin dur a terme les seves funcions i, per tant, codificar les proteïnes que necessiti aquesta neurona.
Arribats a aquest punt, una pregunta clau és la següent: quin mecanisme o sistema té la capacitat d'establir que, en una cèl·lula, s'expressin uns gens mentre que en altres cèl·lules ho facin altres gens diferents? És molt complicat contestar aquesta pregunta amb els coneixements de què disposem actualment. Malgrat que encara quedi molt camí per caminar, és cert que hi ha alguns aspectes que sí que es coneixen. S'ha pogut comprovar que hi ha diferents molècules (proteïnes, ARN, hormones, factors de creixement, etcètera) que són capaces de regular l'activitat dels gens. Aquí és on té una funció capital l'epigènesi o control epigenètic. El control epigenètic fa referència al mecanisme mitjançant el qual es pot modificar l'acció d'un gen determinat sense alterar-ne l'ADN.
Partint que els factors epigenètics són els responsables que les neurones siguin neurones i que els hepatòcits siguin hepatòcits, ens podríem preguntar si és possible que hi hagi alguna interacció amb estímuls ambientals. De fet, avui en dia són múltiples les evidències experimentals que suggereixen que diferents factors epigenètics són els responsables d'activar els gens com a resposta a diferents estímuls ambientals. Imaginem dos subjectes que són genèticament idèntics, per exemple, dos germans bessons homozigòtics. Malgrat que genèticament aquests bessons comparteixen el 100% de la càrrega genètica, podem trobar diferències notables entre ells amb relació a múltiples factors més o menys complexos. En definitiva, què és el realment crucial, els gens que tenim o quan i com s'expressen aquests gens?
Un aspecte important que es pot destacar, dins dels mecanismes implicats amb relació a la modificació de l'acció d'un gen determinat sense l'alteració de l'ADN d'aquest gen, és la disparitat trobada entre els gens de l'ésser humà i la quantitat de proteïnes que es produeixen a l'organisme. S'estima que la producció proteica ronda entre els 500 i 1.000 x 103 proteïnes. Com és possible que la quantitat total de proteïnes diferents que produeix el nostre organisme superi el total de gens que conté el genoma humà? Diferents evidències experimentals han suggerit alguns mecanismes que ho podrien explicar. D'una banda, els mecanismes de d'empalmament alternatiu explicarien l'obtenció de proteïnes diferents en funció dels trossos del gen que transcriguin i tradueixin. De l'altra, un segon mecanisme estaria relacionat amb la combinació de gens, de tal manera que els aminoàcids que formen les proteïnes es podrien combinar de múltiples formes per produir proteïnes diferents. Finalment, un tercer mecanisme que podria aclarir aquesta disparitat seria la modulació de l'expressió dels gens.
En definitiva, el control epigenètic exerceix una funció crítica en la diferenciació cel·lular, en l'organogènesi i en la morfogènesi. D'una banda, aquest control permet que cada cèl·lula es diferenciï fisiològicament i morfològicament malgrat tenir el mateix ADN que altres cèl·lules la diferenciació de les quals serà totalment diferent. A més, els mecanismes implicats en el control epigenètic permeten que les cèl·lules que formen un organisme assumeixin configuracions específiques que suposin la gènesi de les diferents estructures corporals i dels òrgans interns. A més, aquests mecanismes també permetran que les diferents proteïnes que necessita una cèl·lula determinada en moments temporals clarament diferenciats se sintetitzin segons aquests requeriments i no de manera lliure, cosa que en comporta una producció ingent o una producció insuficient.
En genètica humana, hi ha alguns exemples que posen de manifest la importància de la regulació i els canvis fenotípics lligats a diferents aspectes. Un fenomen que mereix especial atenció és el d'empremta genètica. Es tracta d'un fenomen que manifesten certs gens pel qual un mateix gen s'expressa de manera diferent en funció de si s'ha heretat de la mare o del pare. Un exemple d'aquest fenomen són les síndromes de Prader-Willi i d'Angelman. S'han pogut comprovar diferents alteracions localitzades en la banda 11 del braç llarg del cromosoma 15 (15q11). Aquesta regió manifesta una expressió diferent en funció de si els cromosomes són paterns o materns. En un individu normal, l'al·lel matern és metilat, mentre que el patern és desmetilat. De vegades, pot ocórrer que hi hagi un error per part d'un dels progenitors, la qual cosa resulta en la deleció d'aquesta regió del cromosoma 15. Si la deleció s'hereta del pare, el resultat és la síndrome de Prader-Willi, que cursa amb obesitat, hipogonadisme i hipotonia, mentre que si la deleció s'hereta de la mare el resultat és la síndrome d'Angelman, que cursa amb tremolors, epilèpsia, expressions facials de somriure permanent, etcètera.
Un altre fenomen que cal destacar és el de pleotropia. S'ha de tenir present que un mateix gen, en funció del tipus de teixit en el qual s'expressi, pot tenir efectes molt diferents en diferents zones del nostre organisme. De la mateixa manera, de vegades podem comprovar que un mateix efecte pot ser causat per diferents gens o conjunt de gens. Quan succeeix això parlem d'heterogeneïtat genètica.
S'ha de tenir present que quan es produeix una interacció entre gens ubicats en diferents loci parlem d'un fenomen conegut com a epístasi. En l'epístasi, un genotip determinat per a un gen específic impedeix que es manifesti el fenotip esperat per a un altre gen. Recordem que quan parlem del fenomen de dominància es tracta d'una interacció genètica dins del mateix locus, mentre que en el cas de l'epístasi la interacció genètica es produeix entre loci. En definitiva, hem de tenir present que alguns trets fenotípics són producte de múltiples gens que interactuen entre ells (epístasi) i que recullen influències de factors ambientals variades.
L'epístasi és el fenomen consistent en el camuflament de l'expressió fenotípica d'un gen (hipostàtic) per part d'un altre gen (epistàtic) que no constitueix una forma alternativa del primer (no és al·lèlic).
És cert que els gens es poden expressar de manera diferencial amb relació a l'ambient. Per exemple, avui en dia, per a alguns tipus de patologies, es parla de factors ambientals de risc i factors ambientals protectors. És possible augmentar l'expressió dels gens de risc per a una malaltia determinada quan la persona s'exposa a factors ambientals de risc. De la mateixa manera, també es pot disminuir l'expressió dels gens de risc aportant factors ambientals protectors. En psicopatologia, per exemple, s'ha pogut comprovar que l'estrès (tenint sobretot present els efectes fisiològics d'una resposta a llarg termini amb relació a l'activació de l'eix hipotàlem-hipofisiari-adrenal) constitueix un dels factors ambientals que pot augmentar de manera notable els efectes dels gens de risc d'algunes alteracions. A més, és necessari tenir present la interacció (control genètic de la sensibilitat cap al medi ambient) que es produeix entre els factors genètics i els factors ambientals. En definitiva, els factors genètics i els factors ambientals no actuen independentment els uns dels altres en la gènesi i explicació de la manifestació d'alguns trets fenotípics vertebrals dins de la psicologia. De fet, només els gens mutants amb una alta penetrància actuen sense interacció amb el medi ambient. Però, quan parlem de penetrància, a què ens estem referint? La penetrància es refereix a la freqüència amb què un gen dominant o un gen recessiu en homozigosi, es manifesta fenotípicament en la població. La penetrància pot prendre valors que van de 0 a 1. Si un gen té una penetrància d'1 vol dir que la penetrància és completa (es manifesta fenotípicament el 100% de les vegades). Quan el valor és diferent d'1, la penetrància és incompleta o nul·la (en cas que el seu valor sigui de 0). Per això, un gen dominant present en el genotip no es manifesta sempre en el fenotip. Aquest fenomen es pot explicar pels fenòmens d'epístasi i/o les interaccions que despleguen els factors ambientals sobre el gen en qüestió. De tota manera, hem parlat de l'expressió fenotípica en la població i de freqüències, però què succeeix en el subjecte en qüestió? Com podem analitzar la penetrància a escala individual? A escala individual, la penetrància és un fenomen de tot o res. Si tenim un gen dominant amb una penetrància de 0.6, significa que en un conjunt poblacional determinat de cada deu persones que tinguin el gen només manifestaran el tret sis d'elles. No obstant això, per a aquestes deu persones la manifestació seguirà un fenomen de tot o res.
Un altre aspecte que cal tenir present amb relació a les interaccions que poden posar en marxa els gens és el de les variacions en l'expressió dels gens. Hi ha un fenomen en genètica denominat expressivitat variable, que es refereix al fet que un mateix gen es pot manifestar en graus diferents en subjectes diferents. D'aquesta manera, quan un gen penetra, aquest es pot manifestar de forma diferencial en persones diferents amb relació al grau d'expressivitat. Per norma general, els gens dominants manifesten expressivitat variable, mentre que els recessius en manquen.
D'altra banda, s'ha pogut comprovar que la repetició errònia d'un triplet de bases d'un gen (mutació dinàmica) pot generar un fenomen d'anticipació genètica. D'aquesta manera, la manifestació d'una patologia en els descendents que han heretat el gen indueix que aquesta tingui lloc amb una simptomatologia més greu i en edats més primerenques.
Amb relació a les mutacions dinàmiques, un cas que s'ha de considerar és la síndrome del cromosoma X fràgil. Aquesta síndrome té la seva causa en l'expansió anòmala d'un triplet (CGG), que genera un estrenyiment del cromosoma X en la regió q27.3. En aquesta síndrome, es produeix la paradoxa de Sherman, segons la qual una premutació (55 a 200 repeticions del triplet que no afecten o afecten molt poc el fenotip) es pot convertir en mutació (més de 200 repeticions del triplet que produeixen la manifestació de la malaltia) quan és transmesa per una dona (empremta genòmica). D'aquesta manera, un subjecte home precanviat pot transmetre la malaltia als néts mitjançant una filla no afectada (precanviada). A causa d'aquesta dinàmica d'herència, inicialment es pensava que la síndrome del cromosoma X fràgil seguia un patró d'herència recessiu lligat al cromosoma X. Avui en dia, sabem que segueix un patró d'herència dominant amb penetrància incompleta.
En l'apartat de models d'herència, veurem dos exemples en què es posen de manifest relacions complexes des d'un punt de vista epigenètic: l'herència limitada al sexe i l'herència influïda pel sexe.
El control epigenètic fa referència al mecanisme mitjançant el qual es pot modificar l'acció d'un gen determinat sense alterar l'ADN d'aquest gen.
Un altre aspecte que cal tenir present és la comparació genètica entre diferents espècies. En aquest sentit, s'ha pogut comprovar que aproximadament la meitat dels gens de l'espècie Drosophila melanogaster (mosca de la fruita) són similars (paral·lels) als de l'ésser humà. Si ens comparem amb un ximpanzé o amb un ratolí, gairebé la totalitat dels seus genomes es correspon amb el genoma de l'ésser humà. Què és, llavors, el que ens en diferencia? La resposta la trobem en els nivells d'activitat o expressió genètica. D'aquesta manera, un mateix gen present al ratolí i en l'ésser humà pot tenir nivells d'activitat molt diferents.

12.Gens reguladors i gens codificadors de proteïnes

En el genoma humà, ens trobem un conjunt de gens que codifiquen ARN (gens estructurals) i altres gens que serveixen com a catalitzadors, de manera que la seva presència permet la regulació de l'expressió d'altres gens (gens reguladors).
Hi ha determinats factors (proteïnes, gens, factors de creixement) que poden elicitar la posada en marxa dels mecanismes de regulació de l'expressió genètica.
Hem de partir de la idea que la regulació de l'expressió gènica es pot dur a terme en diferents nivells. Per exemple, es pot dur a terme un control transcripcional de l'ADN. També és possible la regulació a partir del transcrit primari d'ARN mitjançant un control del processament de l'ARN. Un altre nivell en el qual es pot dur a terme la regulació de l'expressió gènica és en el transport del missatger al citoplasma de la cèl·lula. Una vegada allà, es pot regular la degradació dels missatgers i es pot implementar un control traduccional. Finalment, també es podrien dur a terme controls en l'activitat proteica.
Des d'un punt de vista temporal, podem distingir entre la regulació de l'expressió gènica a curt i a llarg termini. La regulació a curt termini es troba vinculada amb diferents mecanismes del metabolisme de les cèl·lules que generen modificacions en el material genètic que alteren, de manera transitòria, l'expressió gènica. Pel que fa a la regulació a llarg termini, aquesta es troba vinculada amb processos del desenvolupament de l'organisme que impliquen canvis en el material genètic, la qual cosa bloqueja l'expressió d'alguns gens. Aquest bloqueig és permanent encara que no necessàriament irreversible.
Quant a la regulació de l'expressió gènica a curt termini, hi ha un tipus de gens, denominats gens reguladors, que codifiquen proteïnes reguladores que poden impedir l'expressió d'un altre tipus de gens (gens estructurals) en unir-se a les seqüències reguladores de l'ADN, la qual cosa impedeix el procés de transcripció. Es tractaria, per tant, d'un procés de regulació de l'expressió gènica en l'àmbit transcripcional.
La regulació de l'expressió gènica en l'àmbit transcripcional mitjançant proteïnes reguladores.
La regulació de l'expressió gènica en l'àmbit transcripcional mitjançant proteïnes reguladores.
Hem de tenir present que, perquè una proteïna tingui una funció biològica determinada, és crítica la seva estructura tridimensional.
L'estructura tridimensional de les proteïnes pot ser modificada per diferents factors. S'ha pogut comprovar que hi ha molècules que es poden unir a certes proteïnes reguladores per modificar la seva estructura tridimensional, de manera que possibiliten que la proteïna tingui la forma adequada per a unir-se a la seqüència reguladora d'un gen i bloquejar així la seva expressió. Es tracta dels corepresors. De la mateixa manera, una proteïna reguladora que es troba unida a la seqüència reguladora d'un gen (bloquejant la seva expressió en impedir la unió de l'ADN polimerasa), pot canviar la seva estructura tridimensional en unir-s'hi un inductor.
Aquest mecanisme específic de regulació s'ha descrit tant en cèl·lules eucariotes com en cèl·lules procariotes. En el bacteri Escherichia coli, aquest procés de regulació és crític per al metabolisme de la lactosa.
En el bacteri Escherichia coli, l'enzim β-galactosidasa s'encarrega d'escindir la lactosa que entra a l'interior de la cèl·lula en galactosa i glucosa. No obstant això, la quantitat d'enzim dependrà de la quantitat de lactosa en el medi. Per tant, la cèl·lula ha de rebre informació de quan està disponible la lactosa per a poder sintetitzar la quantitat òptima d'enzim necessari per al metabolisme d'aquest hidrat de carboni. Quan la lactosa és absent, s'expressa un gen regulador que codifica una proteïna reguladora que s'uneix a la seqüència reguladora dels gens que codifiquen la síntesi dels enzims implicats en el metabolisme de la lactosa i, per tant, s'inactiva la transcripció d'aquests gens. Quan la lactosa arriba a l'interior de la cèl·lula, una part es converteix en al·lolactosa, aquesta es converteix en un inductor, s'uneixen al repressor i permeten el procés de transcripció.
Model de l'operó
Regulació transcripcional de l'expressió gènica implicada en el metabolisme de la lactosa en el bacteri Escherichia coli
En la regulació de l'expressió gènica en eucariotes, hi ha diferents molècules implicades en la regulació dels diferents nivells anteriorment descrits. Per exemple, una de les molècules implicades en la regulació eucariòtica són els factors de creixement. Fins al moment, hem vist que els gens reguladors codificaven proteïnes que servien per a regular la transcripció de gens estructurals, però quin mecanisme regula els gens reguladors? Hi ha evidències experimentals que suggereixen que una de les molècules que podria controlar l'expressió dels gens reguladors són els factors de creixement (per exemple, el factor de creixement nerviós, NGF). L'efecte que produeixen aquestes substàncies de naturalesa peptídica es troba relacionat amb els processos mitòtics i amb els mecanismes de diferenciació cel·lular. En funció de la resposta dels gens a aquests factors, inicialment es va distingir entre gens de resposta lenta (expressió del gen aproximadament una hora després de la unió del factor al seu receptor) i gens de resposta ràpida (expressió del gen aproximadament uns quinze minuts després de la unió del factor al seu receptor).
Alguns dels gens que mostren una resposta ràpida són els coneguts com a protooncogens. Es tracta de gens reguladors l'expressió dels quals està implicada en diferents mecanismes metabòlics de la cèl·lula. Dins d'aquest tipus de gens, alguns exemples són: c-fos, c-jun i c-myc.
Amb relació a la regulació de l'expressió gènica a llarg termini, hi ha diferents mecanismes. D'una banda, es troben els gens o gens mestres. Aquests gens s'ubiquen linealment en el cromosoma, en la mateixa disposició que apareixen en l'organisme les estructures somàtiques la diferenciació i desenvolupament de les quals regulen.
Vinculats als mecanismes de diferenciació cel·lular, també ens trobem amb processos de regulació de l'expressió gènica com la condensació i la metilació de l'ADN. La condensació de l'ADN és un mecanisme que afecta segments amplis d'ADN, i és inversament proporcional al grau de transcripció genica. Aquest mecanisme impossibilita que l'enzim ARN polimerasa pugui accedir als promotors per posar en marxa el procés de transcripció. La metilació de l'ADN consisteix en un tipus de mecanisme catalitzat per acció d'enzims que implica la inclusió d'un grup metil (–CH3) en una base nitrogenada de l'ADN (fonamentalment, la citosina). Aquest tipus de procés també impossibilita la transcripció del gen en impedir la unió de l'enzim ARN polimerasa.
Un exemple clar de regulació a llarg termini és la inactivació del cromosoma X en dones. Per què si les dones tenen dos cromosomes X el nombre de proteïnes codificades pels gens ubicats en aquest cromosoma no és significativament superior a les proteïnes trobades en individus home? La resposta la podem trobar en un procés de regulació a llarg termini que implica la inactivació d'un dels cromosomes X durant la interfase cel·lular (s'inactiva un dels cromosomes X, i conforma el que es coneix com el corpuscle de Barr). La inactivació del cromosoma X es duu a terme de manera aleatòria, i es presenta un fenomen denominat mosaïcisme, ja que una dona presentarà dues poblacions cel·lulars depenent de quin cromosoma X sigui inactiu i quin cromosoma X sigui actiu.

12.1.Diferents nivells de regulació de l'expressió gènica en eucariotes

En la regulació de l'expressió gènica en eucariotes vèiem que hi havia diferents nivells possibles de regulació:
1)Regulació de la transcripció.
2)Regulació dels mecanismes de processament i empalmament del transcrit primari.
3)Regulació del transport del missatger.
4)Degradació de l'ARNm.
5)Regulació de la traducció.
6)Modificació i activitat proteica.
Un aspecte inicial que s'ha de tenir present és que l'organització dels cromosomes en el nucli cel·lular pot intervenir en l'expressió genètica. En el nucli de les cèl·lules, els cromosomes s'ubiquen en zones específiques (territori cromosòmic). Un cromosoma es troba separat de la resta de cromosomes per un domini denominat domini intercromosòmic. Sembla que en aquest domini es produeix la transcripció i el processament. En el moment que un gen es trasllada en l'extrem del territori cromosòmic, l'expressió del gen implica una modificació i l'activació de la cromatina per enzims que transformen l'estructura nucleosomal (per exemple, mitjançant l'ús del complex SWI/SNF dependent d'hidròlisi d'ATP per a alterar l'estructura dels nucleosomes), i deixen accessibles els promotors (les seqüències que es troben implicades en el reconeixement de la maquinària transcripcional).
Podem dir que l'inici del procés de transcripció és la principal forma de regulació de l'expressió gènica. En aquest sentit, hem de tenir present que els promotors varien quant a la localització i organització. En general, podem destacar que la porció promotora de la transcripció sol incloure les caixes GC, CCAAT i TATA, en què aquesta última constitueix el nucli del promotor i és on s'uneix l'ARN polimerasa II. Altres seqüències reguladores, com la caixa CCAAT, constitueixen elements de les porcions promotores que s'ubiquen a prop del promotor.
Per la seva part, els intensificadors (seqüències d'ADN) que controlen la taxa de transcripció es poden ubicar després, abans o dins del gen que s'expressa. Aquestes seqüències poden interaccionar amb diferents factors de transcripció i amb proteïnes reguladores.
Un aspecte que s'ha de tenir en compte és que en les cèl·lules eucariotes hi ha tres ARN polimerases per a dur a terme el procés de transcripció (ARN polimerasa I, ARN polimerasa II, ARN polimerasa III). El promotor per a cada tipus d'ARN polimerasa s'acobla a diferents factors de transcripció. Els factors de transcripció generals regulen el començament de la transcripció, i estableixen la plataforma per a la unió de l'ARN polimerasa i el començament del procés. Hi ha diferents factors de transcripció que es poden unir als llocs intensificadors, de manera que en modifiquen la taxa de transcripció (factors positius o activadors i factors negatius o repressors).
També s'han de mobilitzar els coactivadors que acoblen les proteïnes necessàries per a la transcripció. Alguns factors de transcripció presenten dominis que s'uneixen a coactivadors (per exemple, hormones).
A més de la metilació de l'ADN, la regulació posttranscripcional és molt important. El transcrit primari es modifica abans del procés de traducció. L'empalmament alternatiu (en català, empalmament alternatiu) pot generar diferents formes d'ARNm a partir d'un sol ARNm. D'aquesta manera, l'expressió d'un gen pot donar lloc a un conjunt de proteïnes estructuralment diferents.
Recentment, s'ha posat de manifest un mecanisme que podria ser important en la regulació de l'expressió gènica: el silenciament. Hi ha diferents molècules d'ARN que actuen en l'àmbit nuclear, i que modifiquen l'estructura de la cromatina i generen un silenciament gènic (per exemple, mitjançant la interferència de l'ARN).
Una vegada que l'ARNm es troba processat i transportat al citoplasma de la cèl·lula per a posar en marxa el procés de traducció, es pot regular l'expressió gènica actuant sobre l'estabilitat del missatger. Sembla que l'estabilitat d'alguns ARNm es pot controlar i regular mitjançant ARN curts. A més, també és possible regular l'estabilitat del missatger actuant sobre el nivell de traducció: la traducció controla l'estabilitat de l'ARNm.

13.Gens mitocondrials

Els mitocondris s'hereten mitjançant el citoplasma matern. Durant el procés de fecundació, un espermatozoide aporta únicament els gens nuclears a causa que només penetra la part anterior (que presenta el nucli) dins de l'òvul, i en deixa fora els orgànuls citoplasmàtics. Per aquest motiu, l'ADN mitocondrial del pare no passa a la descendència.
Pel que fa als processos de replicació i traducció, s'ha pogut comprovar que hi ha diferències clares en comparació de l'ADN nuclear. Per exemple, els ARNr i ARNt es troben codificats per l'ADN mitocondrial, i s'utilitza un codi genètic diferent de l'universal per a dur a terme el procés de traducció. De la mateixa manera, el procés de replicació de l'ADN mitocondrial és també diferent del dut a terme en l'ADN nuclear.
Arribats a aquest punt, ens podríem preguntar com s'organitza i disposa el material genètic en els mitocondris? En l'ésser humà, l'ADN mitocondrial, seqüenciat pel grup de Sanger el 1981, té una mida de 16.569 pb. Es caracteritza per l'absència de seqüències intercalades no codificants (introns). A més, les repeticions de gens no són freqüents. A més, tampoc no és habitual la presència d'ADN espaiador intergènic.
Amb relació als productes gènics de l'ADN mitocondrial, es pot destacar que aquest codifica 22 ARN de transferència, 2 ARN ribosòmics i 13 polipèptids. Les proteïnes mitocondrials estan implicades en els processos de fosforilació oxidativa per a l'obtenció d'energia, encara que hem de tenir present que la respiració cel·lular (funcions respiratòries oxidatives) és controlada tant per gens mitocondrials com per gens ubicats en el nucli cel·lular. D'aquesta manera, els polipèptids implicats en aquests mecanismes de fosforilació oxidativa solen ser formats per diverses cadenes proteiques codificades per gens mitocondrials i nuclears. Les cadenes codificades per gens nuclears s'han de transportar del citoplasma de la cèl·lula als mitocondris. D'altra banda, és cert que en el nucli es codifiquen diferents productes vitals per a l'activitat i funció biològica dels mitocondris (factors d'iniciació de la traducció, polimerases de l'ADN i de l'ARN, etcètera).

Resum

Avui en dia, sabem que l'ADN és el constituent primari dels cromosomes de les cèl·lules i és el portador del missatge genètic. La funció de l'àcid ribonucleic (ARN) és transcriure el missatge genètic present en l'ADN i traduir-lo a proteïnes.
Les proteïnes són un dels components més important del nostre organisme a causa que intervenen en múltiples funcions essencials dels éssers vius. Aquestes molècules són formades per aminoàcids i aquests, al seu torn, són constituïts per un àtom d'hidrogen, un grup amino (NH2), un grup carboxil (COOH) i una cadena lateral o grup R. Però, com es construeix una proteïna a partir d'un grup d'aminoàcids? Els aminoàcids s'uneixen mitjançant enllaços peptídics, en què el grup amino d'un aminoàcid s'uneix al grup carboxil d'un segon aminoàcid i s'allibera una molècula d'aigua a causa d'una reacció de condensació o deshidratació. Quant a l'estructura de la proteïna podem diferenciar quatre nivells d'organització: primari, secundari, terciari i quaternari.
Els enzims són fonamentals en els éssers vius, a causa que mediatitzen totes les reaccions químiques que tenen lloc en les cèl·lules. La funció principal d'aquestes proteïnes és accelerar la velocitat d'una reacció química i disminuir-ne l'energia d'activació. Els enzims tenen a la seva superfície el lloc actiu, que és el lloc concret on es produeix la unió enzim-substrat i on es duu a terme la catàlisi. Molts enzims requereixen altres molècules no proteiques per a poder funcionar, i entre aquestes ens podem trobar els cofactors i els coenzims.
En funció de la reacció química que catalitzen els enzims es poden classificar en sis tipologies diferents: transferases, oxidoreductases, ligases, hidrolases, isomerases i liases.
Els àcids nucleics són molècules grans formades per nucleòtids i aquests, al seu torn, són constituïts per un grup fosfat, un sucre de 5 carbonis i una base nitrogenada. Una de les funcions principals dels nucleòtids és transportar energia ATP. Quant als àcids nucleics, hi ha dos tipus diferents: l'ADN, o àcid desoxiribonucleic, i l'ARN, o àcid ribonucleic. L'ADN és la molècula de l'organisme encarregada de guardar la informació hereditària, mentre que l'ARN serveix com a intermediari de la informació que porta l'ADN.
Les cèl·lules que constitueixen els éssers vius tenen un cicle vital semblant al dels mateixos organismes en el sentit que neixen, creixen, es reprodueixen i moren. En funció de si les cèl·lules són diploides o haploides fan un tipus de reproducció o una altra. La mitosi és la reproducció cel·lular pròpia de les cèl·lules diploides, a més de constituir una de les etapes del cicle cel·lular, mentre que la meiosi és la reproducció cel·lular pròpia de les cèl·lules haploides.
El cicle cel·lular és el temps que transcorre des que una cèl·lula neix fins que es divideix i crea cèl·lules noves. En el cicle cel·lular, es distingeixen tres etapes: (1) la interfase, organitzada en tres fases: G1, S i G2. La fase G1 és la fase en què es comencen a produir els primers canvis químics. En la fase S, té lloc la replicació de l'ADN i en la fase G2 la seva síntesi. (2) La mitosi, en la qual es distingeixen cinc fases diferents: a) profase: els centrosomes de la cèl·lula es comencen a separar del nucli i cadascun d'ells es dirigeix a un pol oposat de la cèl·lula; b) prometafase: es produeix la desintegració del nucli cel·lular; c) metafase: els cromosomes es disposen a la placa equatorial; d) anafase: se separen les cromàtides germanes, i e) telofase: els conjunts de cromosomes que es troben a cada pol de la cèl·lula queden envoltats per un nucli. (3) La citocinesi, que correspon a l'última fase del cicle cel·lular, consisteix en la divisió del citoplasma cel·lular formant les dues cèl·lules filles.
La meiosi és el procés pel qual una cèl·lula diploide farà dues divisions successives. La primera divisió, denominada meiosi I, és compost, al seu torn, per quatre fases: (1) profase I, en què es generen els parells bivalents i es produeix el fenomen d'entrecreuament; (2) metafase I, en la qual el nucli cel·lular es desintegra; (3) anafase I, es produeix la separació dels parells bivalents; (4) telofase I, els cromosomes situats en cadascun dels pols són coberts per un nucli cel·lular. Seguidament a aquestes fases s'inicia la segona divisió cel·lular, coneguda com a meiosi II, en la qual també es distingeixen quatre fases: (1) profase II, en què es produeix la desintegració del nucli cel·lular; (2) metafase II, en què els cromosomes es disposen en el pla equatorial; (3) anafase II, en què les cromàtides germanes se separen; (4) telofase II, en què els conjunts de cromosomes que es troben en cada pol de la cèl·lula queden envoltats per un nucli.
Els cromosomes es disposen per parells, i els membres de cada parell es denominen cromosomes homòlegs a causa que són iguals amb relació a la ubicació del centròmer i a la seva mida.
Cada individu presenta el mateix conjunt bàsic de gens, però cada gen es pot mostrar en diferents formes alternatives denominades al·lels. Les formes alternatives d'un gen poden variar amb relació a l'ordre de les bases nitrogenades i fins i tot amb relació a la mida que ocupa el gen en la molècula d'ADN.
Un gen és una seqüència de nucleòtids de l'ADN que conté la informació per a sintetitzar proteïnes, per a regular els diferents mecanismes de l'expressió gènica, per a codificar la seqüència de nucleòtids que formaran els diferents àcids ribonucleics, etc. Els nucleòtids contenen quatre bases nitrogenades (adenina, guanina, timina i citosina) que constitueixen el denominat codi genètic. A partir d'aquest codi sorgeix una sèrie de regles que especificaran i relacionaran l'estructura lineal d'una molècula proteica composta per aminoàcids i l'estructura lineal de nucleòtids de la molècula d'ADN.
El genoma de l'ésser humà s'organitza en dos jocs de 23 cromosomes. Un joc prové de la mare i l'altre prové del pare. Dels 23 parells, podem distingir entre els autosomes i els cromosomes sexuals o gonosomes. Només un parell constitueix els cromosomes sexuals: X i Y.
El procés de transcripció consisteix a sintetitzar una molècula d'ARN sobre un motlle d'ADN. Com a resultat d'aquest procés, obtindrem una molècula d'ARNm que és complementària de la seqüència específica del gen d'una de les dues cadenes de la molècula d'ADN.
El codi genètic es basa en una lectura d'agrupacions de tres bases. Aquestes agrupacions de tres bases es denominen triplets en l'ADN i codons en l'ARNm. Per a l'ADN, les bases que podran formar els triplets són: adenina, guanina, citosina i timina. Per la seva banda, en l'ARNm les bases que formaran els codons són: adenina, guanina, citosina i uracil.
Una vegada ja tenim transcrita en l'ARN la informació continguda en els gens, l'hem de "traduir" a polipèptids seguint les regles del codi genètic. Tal com hem vist, les proteïnes són cadenes d'aminoàcids que estan plegades en l'espai i que tenen una funció fisiològica molt específica.
El control epigenètic fa referència al mecanisme mitjançant el qual es pot modificar l'acció d'un gen determinat sense alterar-ne l'ADN.
En el genoma humà, ens trobem un conjunt de gens que codifiquen ARN (gens estructurals) i altres gens que serveixen com a catalitzadors, de manera que la seva presència permet la regulació de l'expressió d'altres gens (gens reguladors).
Els mitocondris s'hereten mitjançant el citoplasma matern. Durant el procés de fecundació, un espermatozoide aporta únicament els gens nuclears a causa que només en penetra la part anterior (que presenta el nucli) dins de l'òvul, i en deixa fora els orgànuls citoplasmàtics. Per aquest motiu, l'ADN mitocondrial del pare no passa a la descendència.

Exercicis d'autoavaluació

1. Completeu cada definició amb el concepte que li correspongui: a) aminoàcids; b) proteïnes, c) grup amino; d) polipèptid.
2. El dibuix corresponent pertany a la composició general d'un aminoàcid. Empleneu cada espai que se us indica amb una ratlla.
3. Expliqueu breument com es formen les proteïnes a partir de grups d'aminoàcids.
4. Relacioneu cada una de les definicions corresponents sobre els nivells d'estructura de les proteïnes amb el seu grau de nivell.
5. Expliqueu breument què és un enzim i quina és la seva funció principal.
6. Completeu cada definició amb el concepte que correspongui: a) lloc actiu; b) catàlisi; c) enzims; d) substrat; e) producte.
7. Relacioneu els termes de la primera columna amb els de la segona.
8. Enumereu les dues funcions principals dels àcids nucleics.
9. Mireu la imatge següent i indiqueu de quina molècula es tracta. A continuació, completeu-la adequadament.
10. Completeu l'esquema següent.
11. Completeu cada definició amb el concepte que correspongui: a) trifosfat d'adenosina (ATP); àcid desoxiribonucleic o ADN; àcid ribonucleic (ARN); purines; pirimidines.
12. Relacioneu la columna de l'esquerra amb la columna de la dreta.
13. Les proteïnes són polímers constituïts per...
14. Un aminoàcid està format per...
15. Per mitjà de quin tipus d'enllaç s'uneixen els aminoàcids?
16. En relació amb les proteïnes, els tipus d'estructura hèlix α i làmina plegada β corresponen al nivell d'estructura...
17. Respecte a les proteïnes fibroses...
18. Els enzims són un tipus de proteïnes...
19. Com es diu el tipus d'energia que es necessita per a dur a terme reaccions químiques?
20. El ___________________________ és el lloc concret on es produeix la unió enzim-substrat.
21. Un coenzim...
22. Com afecta la temperatura a la funció enzimàtica?
23. Quin tipus d'enzim transfereix radicals d'un substrat a un altre?
24. Els nucleòtids són molècules que constitueixen...
25. Els nucleòtids estan formats per...
26. Els nucleòtids són diferents segons els tipus de...
27. Les cinc bases nitrogenades que formen els àcids nucleics són...
28. ________________________________ és la molècula orgànica principal encarregada d'acumular energia.
29. Els nucleòtids que componen l'ADN estan units per mitjà d'un tipus d'enllaç...
30. Si tenim en compte el principi de la complementarietat, com s'acoblen les bases nitrogenades a l'ADN?
31. En les cèl·lules eucariotes, on es troba l'ADN?
32. En què es diferecia l'ARN de l'ADN?
33. En quin nivell d'estructura ens trobem l'ADN en forma de superhèlix a causa de l'acció dels enzims ADN-topoisomerases?
34. Desenvolupeu el tema següent: Proteïnes: concepte, composició química i funcions.
35. Definiu breument els conceptes següents:
36. Mireu l'esquema següent i contesteu les preguntes següents:
37. Completeu cada definició amb el concepte que correspongui: a) mitosi; b) cèl·lula diploide; c) cèl·lula haploide; d) meiosi; e) cicle cel·lular.
38. Completeu l'esquema següent:
39. Respecte al procés de mitosi, relacioneu la informació de la columna de l'esquerra amb les diferents fases de la columna de la dreta.
40. Expliqueu breument en què consisteix la meiosi.
41. Especifiqueu, al costat de cada imatge, de quin tipus de cicle cel·lular es tracta.
a)
w10012_m1_65.gif
b)
w10012_m1_66.gif
c)
w10012_m1_67.gif
42. El procés pel qual una cèl·lula mare es divideix en dues cèl·lules filles rep el nom de...
43. Quines etapes es distingeixen en el cicle cel·lular?
44. En quina fase de la interfase es produeix la replicació de l'ADN?
45. Quina de les etapes següents pertany al procés de mitosi?
46. En el procés de mitosi, què ocorre en l'etapa de metafase?
47. En el procés de meiosi...
48. Respecte al fenomen d'entrecreuament,...
49. La reproducció asexual...
50. El __________________ és el procés pel qual un zigot diploide experimenta el procés de meiosi i dóna lloc a quatre cèl·lules haploides que es desenvoluparan i es constituiran, cada una, en un adult haploide.
51. Desenvolupeu el tema següent: El cicle cel·lular: concepte i etapes.
52. Mireu l'esquema següent i contesteu les preguntes següents:
53. Completeu cada definició amb el concepte que correspongui: a) fenotip dominant; b) fenotip recessiu; c) genotip; d) fenotip; e) homozigòtic; f) heterozigòtic.
54. Imaginem que estem estudiant el pèsol (pisum sativum), tenint en compte els símbols A (al·lel dominant per al caràcter rugós) i a (al·lel recessiu per al caràcter llis), quin fenotip presentaran els subjectes següents especímens?
55. Respecte a les lleis de Mendel i la teoria cromosòmica de l'herència, relacioneu la informació de la columna de l'esquerra amb la de la columna de la dreta.
56. En què es diferencien els caràcters sexuals primaris dels secundaris?
57. Expliqueu breument en què consisteixen els processos de lligament i recombinació genètica.
58. Completeu cada definició amb el concepte que correspongui: a) enzims de restricció, b) ADN recombinat, c) teràpia gènica, d) vectors, e) liposomes i plasmidis.
59. El conjunt de gens que constitueix tant un caràcter com un conjunt de caràcters s'anomena...
60. En quina llei va postular Mendel que quan s'encreuaven dues línies pures tots els descendents eren iguals?
61. Què postula la teoria cromosòmica de l'herència?
62. Quant al cariotip de l'ésser humà,...
63. Es consideren caràcters sexuals secundaris...
64. Un individu serà mascle quan...
65. El procés de lligament...
66. Per a què s'utilitzen els enzims de restricció?
67. La teràpia gènica...
68. Quins avantatges presenten els vectors tipus virus?
69. Quin tipus de vectors no-virus són els que més s'utilitzen?
70. Definiu breument els conceptes següents:
71. Mireu l'esquema següent i contesteu la pregunta següent:
Segons les lleis de Mendel, quina llei s'està complint? Raoneu la resposta.
72. Una cèl·lula sexual té...
a) 46 cromosomes.
b) un cromosoma sexual, a més dels 22 autosomes.
c) 23 cromosomes sexuals.
d) no té autosomes.
73. Dos cromosomes homòlegs...
a) contenen el mateix tipus de gens.
b) són necessàriament idèntics quant als al·lels que tenen per a cada gen d'un mateix locus.
c) es recombinen en la mitosi.
d) Totes les alternatives anteriors són certes.
74. Quina de les alternatives anteriors és correcta?
a) La meiosi és el procés pel qual, a partir del zigot, es forma el nou organisme.
b) La mitosi és la divisió cel·lular específica de les neurones.
c) Per la meiosi obtenim les cèl·lules sexuals.
d) Totes són certes.
75. El fenomen pel qual l'expressió fenotípica d'un gen depèn de si l'herència del caràcter o malaltia té lloc per via paterna o materna s'anomena...
a) pleiotropia.
b) lligament.
c) epístasi.
d) impressió genètica.
76. Molts gens...... poden tenir una penetració ..... i presentar una expressivitat ....
a) dominants, incompleta, variable.
b) dominants, completa, constant.
c) recessius, incompleta, constant.
d) recessius, completa, variable.
77. Les fonts principals de variabilitat genètica són...
a) les mutacions i la recombinació gènica.
b) l'heterogeneïtat genètica i la pleiotropia.
c) la impressió genètica i l'al·lelomorfisme múltiple.
d) el lligament genètic i la inactivació a l'atzar del cromosoma X.
78. Quines diferències hi ha entre...
a) pleoiotropia i heterogeneïtat genètica?
b) penetració i expressivitat d'un gen?

Solucionari

1.
a.Incorrecte

b.Incorrecte

c.Correcte

d.Incorrecte


2.
a.Incorrecte

b.Incorrecte

c.Incorrecte

d.Correcte


3.
a.Incorrecte

b.Correcte

c.Incorrecte

d.Incorrecte


4.
a.Incorrecte

b.Correcte

c.Incorrecte

d.Incorrecte


5.
a.Incorrecte

b.Incorrecte

c.Incorrecte

d.Correcte


6.
a.Incorrecte

b.Incorrecte

c.Correcte

d.Incorrecte


7.
a.Incorrecte

b.Incorrecte

c.Correcte

d.Incorrecte


8.
a.Incorrecte

b.Incorrecte

c.Incorrecte

d.Correcte


9.
a.Incorrecte

b.Incorrecte

c.Incorrecte

d.Correcte


10.
a.Incorrecte

b.Incorrecte

c.Incorrecte

d.Correcte


11.
a.Incorrecte

b.Incorrecte

c.Incorrecte

d.Correcte


12.
a.Incorrecte

b.Incorrecte

c.Correcte

d.Incorrecte


13.
a.Incorrecte

b.Correcte

c.Incorrecte

d.Incorrecte


14.
a.Incorrecte

b.Incorrecte

c.Correcte

d.Incorrecte


15.
a.Incorrecte

b.Incorrecte

c.Correcte

d.Incorrecte


16.
a.Incorrecte

b.Incorrecte

c.Incorrecte

d.Correcte


17.
a.Incorrecte

b.Incorrecte

c.Correcte

d.Incorrecte


18.
a.Incorrecte

b.Incorrecte

c.Incorrecte

d.Correcte


19.
a.Incorrecte

b.Correcte

c.Incorrecte


20.
a.Correcte

b.Incorrecte

c.Incorrecte

d.Incorrecte


21.
a.Incorrecte

b.Incorrecte

c.Correcte

d.Incorrecte


22.
a.Incorrecte

b.Correcte

c.Incorrecte

d.Incorrecte


23.
a.Incorrecte

b.Incorrecte

c.Correcte

d.Incorrecte


24.
a.Incorrecte

b.Correcte

c.Incorrecte

d.Incorrecte


25.
a.Incorrecte

b.Correcte

c.Incorrecte

d.Incorrecte


26.
a.Incorrecte

b.Incorrecte

c.Incorrecte

d.Correcte


27.
a.Incorrecte

b.Incorrecte

c.Correcte

d.Incorrecte


28.
a.Incorrecte

b.Incorrecte

c.Incorrecte

d.Correcte


29.
a.Incorrecte

b.Incorrecte

c.Incorrecte

d.Correcte


30.
a.Incorrecte

b.Incorrecte

c.Correcte

d.Incorrecte


31.
a.Incorrecte

b.Correcte

c.Incorrecte

d.Incorrecte


32.
a.Incorrecte

b.Incorrecte

c.Correcte

d.Incorrecte


33.
a.Incorrecte

b.Incorrecte

c.Incorrecte

d.Correcte


34.
a.Incorrecte

b.Incorrecte

c.Incorrecte

d.Correcte


35.
a.Incorrecte

b.Incorrecte

c.Correcte

d.Incorrecte


36.
a.Incorrecte

b.Incorrecte

c.Incorrecte

d.Correcte


37.
a.Incorrecte

b.Incorrecte

c.Correcte

d.Incorrecte


38.
a.Incorrecte

b.Correcte

c.Incorrecte

d.Incorrecte


39.
a.Incorrecte

b.Incorrecte

c.Incorrecte

d.Correcte


40.
a.Incorrecte

b.Incorrecte

c.Correcte

d.Incorrecte


41.
a.Incorrecte

b.Incorrecte

c.Incorrecte

d.Correcte


Bibliografia

Hartwell, L. H., Hood, L., Goldberg, M. L., Reynolds, A. E., Silver, L. M., i Veres, R. C. (2008). . Nova York: Mc Graw-Hill.
Hartl, D. L i Jones, E. W. (2006). . Boston: Jones and Bartlett publishers.
Ihle, R. N. (2002). The salmon boa project. , 10, 72-81.
Ihle, R. N., Schuett, G. W., i Hughes, K. A. (2000). Salmon: a new autosomal mutation demonstrating incomplete dominance in the boine snake Boa constrictor. , 91, 254-256.
International Human Genome Sequencing Consortium (2004). Finishing the euchromatic sequence of the human genome. , 431, 931-945.
Pàgines web recomanades
Per a veure diferents aspectes tractats en el mòdul: http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/2bachillerato/biomol/index.htm
Article que parla sobre l'ADN: http://www.cienciahoy.org.ar/hoy08/adn.htm
Pàgina que conté informació sobre els àcids nucleics: http://www.biopsicologia.net/fichas/page_525.html
Informació sobre la reproducció cel·lular. Conté activitats i vídeos: http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/4ESO/genetica1/contenidos5.htm
Informació sobre la reproducció sexual i asexual: http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/4ESO/genetica1/contenidos1.htm
Informació sobre els cicles biològics: http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/1bachillerato/reino_vegetal/contenidos13.htm
Informació sobre teràpia gènica: http://www.smartplanet.es/articulos.php?id=9-4-3
Per a veure diferents aspectes tractats en el mòdul: http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/2bachillerato/genetica/index.htm
Vídeo recombinació genètica: http://www.uam.es/personal_pdi/ciencias/jhermoso/ANIMAC%7E1/RECOMB%7E1.MOV
Pàgina de l'International Sequencing Consortium (ISC), en què es pot obtenir informació actualitzada de seqüenciació genòmica: http://www.intlgenome.org/
Informació sobre la seqüenciació genòmica en diferents espècies: http://mgc.nci.nih.gov/ESTSequences
Diferents recursos del Centre Nacional per a la Informació Biotecnològica (NCBI) sobre el genoma de diferents espècies: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez?db=genome
Recursos sobre el genoma humà: http://genomics.energy.gov/
Glossari de termes genètics: http://www.genome.gov/page.cfm?pageID=10002096