Teoría cromosómica de la herencia

Cuando Mendel realizó sus experimentos,  no se conocía la  existencia de la  molécula de ADN ni, por tanto,  que esta se encontrara en los cromosomas.

Los investigadores de finales del siglo pasado y principios del actual elaboraron la teoría cromosómica de la herencia mendeliana, según la cual los genes residen en los cromosomas.

En 1902, Sutton, en EEUU, y Boveri, en Alemania, observaron que había un paralelismo entre la herencia de los factores hereditarios y el comportamiento de los cromosomas durante la meiosis y la fecundación, por lo que dedujeron que los factores hereditarios residían en los cromosomas.

Esta afirmación sirvió de base para la formulación de la teoría cromosómica de la herencia unos años más tarde.

 En 1909, Johannsen designó “el factor hereditario” de Mendel con el término gen.

 En 1910, Morgan, observó en sus experimentos con la mosca del vinagre que los machos de esta especie tenían  tres pares de cromosomas homólogos, llamados autosomas, y un par de cromosomas parecidos, pero no idénticos, a los que designó con las letras X e Y y denominó heterocromosomas o cromosomas sexuales, ya que son los responsables del sexo.

Más tarde, Morgan descubrió que muchos caracteres hereditarios se transmiten juntos, como por ejemplo, el color del cuerpo de la mosca, el color de los ojos, el tamaño de las alas, etc. Después de efectuar numerosos cruces comprobó que había cuatro grupos de genes que se heredaban ligados.

Se llegó a la conclusión de que los genes estaban en los cromosomas y que estos se encontraban en el mismo cromosoma tendían a heredarse juntos, por los que se denominó genes ligados.

Posteriormente, Morgan determinó que los genes se localizan sobre los cromosomas de forma lineal y que el intercambio de fragmentos de cromosomas se corresponde con el fenómeno de la recombinación. También afirmó que los cromosomas conservan la información genética y la transmiten de generación mediante la mitosis.

Todas estas observaciones permitieron a Morgan elaborar la teoría cromosómica de la herencia.

En la actualidad sabemos muchas cosas que desconocían los genetistas de principio de siglo sobre todo que los genes son porciones concretas de ADN. Por ello, hoy nos parece evidente que los genes estén en los cromosomas, ordenados linealmente.

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Bases químicas de la herencia

Para comprender la herencia como un fenómeno de la vida, necesitamos saber como actúan los genes determinando las características que ellos regulan y como forman replicas de sí mismos para permitir la transmisión  durante un número indefinido de generaciones celulares o de generaciones de organismos, este conocimiento debe basarse en primer lugar, en el conocimiento de sus bases químicas y físicas.

Se puede deducir que los genes deben ser entidades químicas complejas; un compuesto sencillo no podría determinar de manera tan precisa las numerosas propiedades hereditarias de un organismo sabiendo que los cromosomas son los portadores de los genes ¿se puede averiguar algo de la naturaleza química de los genes a través de la naturaleza química de los cromosomas?

En los  cromosomas de los organismos superiores se encuentra dos tipos de compuestos químicos que son los ácidos nucleicos y proteínas (histonas y/o protominas) pero puesto que ambos están presentes en el citoplasma lo mismo que en el núcleo, no podemos identificar la sustancia génica localizando simplemente el complejo material químico.

Sin embargo datos experimentales establecen ya de manera definitiva la identidad del material hereditario como los ácidos nucleicos, los primeros años de la década de 1.950 se considera que las experiencias de transformación bacteriana de Avery, M. R. MacLeon y M. McCardy realizadas en 1.944 constituyen el nacimiento de la genética.

En líneas generales  el estudio del material hereditario implica el conocimiento de la composición, estructura y propiedades químicas de los ácidos nucleicos, así como las características especiales que debe tener en cuanto a su capacidad de replicación, de mutación, recombinación y como portador de información genética, es decir, (del código genético propiamente dicho), la transcripción del mensaje genético y su traducción final aproductos de acción génica primaria.

El ácido desoxirribonucleico: abreviado como ADN, es un ácido nucleico que contiene instrucciones genéticas usadas en el desarrollo y funcionamiento de todos los organismos vivos conocidos y algunos virus, y es responsable de su transmisión hereditaria. El papel principal de la molécula de ADN es el almacenamiento a largo plazo de información. Muchas veces, el ADN es comparado con un plano o una receta, o un código, ya que contiene las instrucciones necesarias para construir otros componentes de las células, como las proteínas y las moléculas de ARN. Los segmentos de ADN que llevan esta información genética son llamados genes, pero las otras secuencias de ADN tienen propósitos estructurales o toman parte en la regulación del uso de esta información genética.

Desarrollo embrionario

Los aspectos embriológicos, se refieren a animales de reproducción sexual, o sea que comienzan su desarrollo a partir de una sola célula (normalmente) llamada cigoto o huevo, procedente de dos gametos, que pueden ser iguales (isogametos) o con mucha más frecuencia diferentes (anisogametos), llamados óvulo (♀) y espermatozoide (♂). El citoplasma del cigoto presenta toda la cantidad de sustancia alimenticia que el óvulo haya podido aportar, pues el espermatozoide sólo aporta material genético. A la sustancia alimenticia se le llama vitelo y la cantidad del mismo está muy relacionada con el tipo de desarrollo. Así si existe poco vitelo, el desarrollo será muy rápido o debe existir un aporte externo de sustancia nutritiva.

El inicio del desarrollo ofrece aspectos semejantes en todas las clases animales. Después de la fecundación, el huevo se divide numerosas veces (segmentación), alcanzando entonces el estadio de blástula. La blástula es el origen de una fase más avanzada, la gastrulación, durante la cual las hojas embrionarias se disponen adecuadamente, lo que corresponde ya el estadio de gástrula. Después de la gastrulación, los órganos se esbozan y el desarrollo inicia su especialización (organogénesis).

Blastogénesis: comprende dos procesos fundamentales: la segmentación y la gastrulación.

Segmentación: Proceso de división y multiplicación mitótica que acontece en la trompa uterina, tras la formación del cigoto. En los mamíferos domésticos es total y equitativa, ya que durante las primeras divisiones mitóticas las células de segmentación o blastómeros se reparten por igual todo el citoplasma de la célula precursora (ooplasma).

Mórula: Consta de 16 blastómeros.

El vitelo no sufre ninguna división celular, por lo que de acuerdo a la cantidad de vitelo presente en el huevo o cigoto, la segmentación será:

Segmentación total denominada también holoblástica: es características de los huevos con poco vitelo.

Segmentación parcial llamada también meroblástica: las células se van a dividir para formar un pequeño casquete en la parte superior del huevo.

Blástula o blastocito: Resulta de la ordenación espacial de los blastómeros, y se caracteriza por presentar un estrato envolvente de células o trofoblasto, una cavidad interna o blastocele y una acumulación celular en uno de los polos denominada masa celular interna. Las células más profundas de esta última constituyen el disco

embrionario, a partir del cual se formará el cuerpo del embrión.

La morfología y tamaño de los blastocitos de los mamíferos domésticos es muy variada. Los blastocitos alcanzan la cavidad del útero, y allí permanecen cierto tiempo, antes de la implantación. Normalmente, la implantación y posterior gestación se localiza en los cuernos del útero (carnívoros, suidos, roedores), o también, parcialmente en el cuerpo del útero (équidos y rumiantes).

Gastrulación: etapa del desarrollo embrionario que culmina con la formación de la gástrula.

Gástrula: Se caracteriza por la formación de las capas germinales (epiblasto e hipoblasto), a partir de las cuales se van a diferenciar las tres hojas fundamentales precursoras de los diferentes tejidos del embrión.

Organogénesis: Después que en los tejidos del embrión se forman las tres capas germinales, ellas darán origen a los órganos.

Del ectodermo se origina el tubo neural, del cual se puede diferenciar muy bien el encéfalo, la médula y nervios; así como también se originan los órganos de los sentidos, la capa de la piel conocida como epidermis, uñas, pelo o cabello y las membranas nasal, bucal y anal.

Cuando se forma el tubo neural, se origina el mesodermo del cual emergen la otra capa de la piel la dermis, los músculos estriados, los riñones, las gónadas, el corazón, los músculos lisos, los vasos sanguíneos, el sistema digestivo y el sistema respiratorio.

Y del endodermo da lugar al recubrimiento interno del sistema digestivo, los pulmones, tiroides, hígado, páncreas y vejiga.

Etapas del desarrollo embrionario:

Control genético del desarrollo

Es cuando se manipula el ADN del embrión, básicamente se realiza para detectar posibles problemas hereditarios en los bebes antes de su formación en la barriga y se manipula su ADN para evitar que estas enfermedades se den, tal como exceso de cromosomas en uno de los pares o déficit de los mismos. Esto se realiza cuando las parejas tienen dificultades para procrear y desean hacerlo a través de la fertilización in vitro y el examen de control genético les asegura que el bebe podrá sobrevivir.

Sustancias Organizadoras:
Los genes y la información genética quetienen las células orientan el desarrollo de organismos. En alguna etapa del desarrollo debe haber diferenciación; la información que tienen las células en la que se divide el cigoto es la misma paratodas.
Durante las primeras etapas del desarrollo todas las células son toti potentes; cada una tiene la capacidad de desarrollar un embrión completo. El núcleo conserva todas sus potencialidades ypuede diferenciarse en distintos tipos de células.
La diferenciación celular durante el desarrollo embrionario.

Diferenciación Celular en el desarrollo embrionario:

La diferenciación celular es el proceso, en virtud del cual, las células sufren modificaciones citológicas dando lugar a una forma y una función determinada durante el desarrollo embrionario o la vida de un organismo pluricelular, especializándose en un tipo celular.

Hipótesis sobre el mecanismo de diferenciación celular:

Hasta la década de 1950, se planteaban dos posibles hipótesis que podrían explicar la diferenciación celular en los organismos pluricelulares. Una de ellas, es que a partir del embrión, los distintos tipos celulares perdían genes, regiones de su genoma, de forma que en el individuo adulto los distintos tipos celulares presentaran distinto genoma

Mecanismos generales de control de la diferenciación celular

Como cualquier proceso celular, la diferenciación celular se debe a reacciones bioquímicas que tienen lugar en el interior de la célula, y está promovida por complejas cascadas de señalización.

Fecundación: por fusión de dos gametos surge el cigoto que acabaráconstituyendo el organismo. En mamíferos el gameto no es un óvulopropiamente dicho, sino que es un ovocito ya que está detenido en metafase desegundo orden, y pasa a óvulo una vez fecundado. Dentro de la fecundación sedistinguen varias fases: aproximación, activación del ovocito, penetración yanfimixis (en mamíferos).

Segmentación: mediante divisiones por mitosis se forman primero blastómerosque a medida que se dividen van bajando por la trompa de Falopio hacia elútero. Divisiones sucesivas originan la mórula y finalmente la blástula. Despuésde la segmentación ocurre la compactación que consiste en los procesos quecomunican los blastómeros entre sí e impedirían su separación si no hubierazona pelúcida. Ya las células internas forman el embrioblasto que formará másadelante el embrión, y las células externas forman el trofoblasto que dará lugar ala placenta.

Gastrulación: menos divisiones mitóticas, comienzan los movimientosmorfogenéticos al desplazarse conjuntos de células. Se forman las tres hojasembrionarias: ectodermo, mesodermo y endodermo.

Organogénesis: el embrión experimenta la organización estructural, se delimitanlos órganos.

Histogénesis: diferenciación de tejidos: epitelial, glandular, conjuntivo,sanguíneo, muscular y nervioso.

La termorregulación

La termorregulación: es la capacidad que tiene un organismo biológico para modificar su temperatura dentro de ciertos límites, incluso cuando la temperatura circundante es muy diferente. El término se utiliza para describir los procesos que mantienen el equilibrio entre ganancia y pérdida de calor. Si se añade o quita una determinada cantidad de calor a un objeto, su temperatura aumenta o disminuye, respectivamente, en una cantidad que depende de su capacidad calorífica específica con un ambiente.

Procesos de transferencia de calor: hay dos mecanismos de intercambio de calor entre el cuerpo de un animal, incluido el humano, y el ambiente: pérdida evaporativa de calor e intercambio de calor no evaporativo. El intercambio de calor no evaporativo representa la suma de los flujos de calor debidos a radiación, convección y conducción. Como el calor fluye a favor del gradiente de temperatura, el calor del cuerpo se disipa al ambiente siempre que el ambiente este más frío que el cuerpo. La temperatura corporal de los endotermos, como el humano, es generalmente superior a la temperatura ambiental, por lo cual la mayor parte del calor que producen estos organismos se pierde por radiación, conducción o convección. Es importante tener en cuenta que la efectividad relativa de estas rutas de intercambio de calor depende de las condiciones ambientales.

Radiación: como todo cuerpo con temperatura mayor que 0 K, los seres vivos también irradian calor al ambiente por medio de ondas electromagnéticas. Es el proceso en que más se pierde calor: el 68%.

La radiación es la propagación de energía a través del espacio vacío, sin requerir presencia de materia. De esta manera, el Sol —que está mucho más caliente que los planetas y el espacio de alrededor— trasmite su energía en el vacío.

Conducción: la conducción es la transferencia de calor por contacto con el aire, la ropa, el agua, u otros objetos (una silla, por ejemplo). Este proceso de transferencia se produce debido a la interacción entre las moléculas que conforman los cuerpos, así aquellas moléculas que están a mayor temperatura vibran con mayor rapidez chocando con aquellas menos energéticas (con temperaturas más bajas) transfiriendo parte de su energía.

Convección: Este proceso, que ocurre en todo fluido, hace que el aire caliente ascienda y sea reemplazado por aire más frío. Así se pierde el 12% del calor. La tela (ropa) disminuye la pérdida. Si existe una corriente de aire (viento o ventilador mecánico) se produce una convección forzada y la transferencia es mayor. Si no hay aire más fresco para hacer el reemplazo el proceso se detiene. Esto sucede, por ejemplo, en una habitación pequeña con muchas personas.

Evaporación: para pasar de la fase líquida a la gaseosa del agua es necesaria energía. Cuando eso se produce en la superficie del cuerpo se pierde energía en forma de calor. La evaporación se produce por dos mecanismos: por evaporación insensible o perspiración y por transpiración perceptible o sudoración. En cierta medida, la evaporación insensible se produce continuamente en las superficies cutánea y respiratoria. La pérdida de calor respiratoria se produce a través de convección y evaporación. La pérdida de calor convectiva se origina cuando el aire frío inhalado se calienta a la temperatura corporal en los pulmones y en el tracto respiratorio superior, y posteriormente es exhalado al ambiente. El componente evaporativo se origina cuando el aire inhalado, calentado y saturado con agua, es liberado al ambiente durante la espiración. Por lo tanto, la pérdida de calor respiratoria depende de las propiedades físicas del aire inspirado (temperatura, presión de vapor) y de la frecuencia respiratoria del individuo.

Termorregulacion en los animales: Los procesos bioquímicos y fisiológicos de un animal dependen en mayor o menor grado de la temperatura corporal. De hecho, un aumento de 10 °C duplica o triplica la tasa de la mayoría de las reacciones químicas mediadas por enzimas. Este efecto se conoce como factor Q_10. Q₁₀ es un cociente que se calcula dividiendo la tasa de una reacción o proceso fisiológico a una cierta temperatura (R_T) por la tasa de la misma reacción o proceso a una temperatura 10 °C inferior (R_T-10). Por otra parte, las reacciones químicas exotérmicas de la célula producen calor. Uno de los factores más importantes en determinar numerosos procesos fisiológicos y ecológicos es, sin duda, la temperatura corporal. Es por ello que la regulación de la temperatura corporal o termorregulación es un aspecto vital para la homeostasis de un animal, desde el nivel molecular al de organismo y muchas especies presentan adaptaciones para regular la temperatura corporal en el rango óptimo.

Autorregulación a nivel del desarrollo

La termorregulacion: 

Es la capacidad que tiene un organismo biológico para modificar su temperatura dentro de ciertos límites, incluso cuando la temperatura circundante es muy diferente. El término se utiliza para describir los procesos que mantienen el equilibrio entre ganancia y pérdida de calor. Si se añade o quita una determinada cantidad de calor a un objeto, su temperatura aumenta o disminuye, respectivamente, en una cantidad que depende de su capacidad calorífica específica con un ambiente.

  

Hipotálamo:

Es una región nuclear del cerebro que forma parte del diencefalo. También se puede decir que es una glándula hormonal situada en el cerebro que controla y regula cada glándula y a su ves cada una de las funciones de su organismo.

                                           


Funciones del hipotálamo son regular:

* Los niveles de energía.
* Temperatura.

* Ciclos de sueños.
* Hambre.
* Comportamientos sexuales, etc.

Tiroides:
Son hormonas basadas en la tiroxina producida por las glándulas tiroides. Sus efectos con el aumento del metabolismo basal lo cual es indispensable para el correcto desarrollo fetal.

Hipófisis:

Es una glándula endocrina que segrega hormonas encargadas de regular la homeostasis.
                                     

Hormonas: son sustancias secretadas por células especializadas, localizadas en glándulas de secreción  o glándulas endocrinas (carentes de conductos), o también por células epiteliales e intersticiales cuyo fin es la de afectar la función de otras células.

Suprarrenal: son dos estructuras retro peritoneales, la derecha de forma triangular y la izquierda de forma semilunar, ambas están situadas encima de los riñones. Su función es la de regular las respuestas al estrés, a través de la síntesis de corticosteroides (principalmente cortisol) y catecolaminas (sobre todo adrenalina).
                                                   
                                                    

Temperatura y Vida: La vida existe sólo dentro de unos límites de temperatura muy estrechos. Los límites superiores e inferiores de esta escala están impuestos por la naturaleza de las reacciones bioquímicas, las cuales son extremadamente sensibles a los cambios de temperatura.
Las reacciones bioquímicas tienen lugar casi exclusivamente en el agua, principal constituyente de los seres vivos; las características ligeramente saladas del agua de los tejidos vivos, hace que se congele a 1°C ó 2°C.

                          

                                        

Temperatura del metabolismo: un grupo de seres vivos mantienen su temperatura del cuerpo independientemente a la del ambiente mediante un proceso de energía química, estas son las aves y mamíferos.

                                                

Homeotermio: es el proceso mediante el cual un grupo de seres vivos denominados homeotermos o endotermos mantienen su temperatura corporal dentro de unos límites, independientemente de la temperatura ambiental. El proceso consume energía química procedente de los alimentos ya que estos organismos tienen mecanismos para producir calor en ambientes fríos o para ceder calor en ambientes cálidos, conocidos en su conjunto como termorregulación. Estos mecanismos están situados en el hipotálamo, la piel, el aparato respiratorio, etc.

Hibernacion:  es la capacidad que tienen ciertos animales para adaptarse a condiciones climáticas extremadamente frías, y puede asemejarse a un estado de hipotermia regulada durante algunos días, semanas o meses, lo cual les permite conservar su energía durante el invierno. Durante la hibernación el metabolismo de los animales decrece hasta un nivel muy bajo, además de tener una temperatura corporal y una frecuencia respiratoria inferior a lo normal. Durante este periodo utilizan las reservas energéticas almacenadas en sus cuerpos durante los meses más cálidos. Este fenómeno, en su grado más alto, es característico de los animales [homeotermos](de sangre caliente)como los osos polares, pero también en los animales de sangre fría (poiquilotermos) como las mariquitas se han observado cambios similares.