ASOCIACIÓN (O "CONCATENACIÓN" O "VINCULACIÓN")
Hasta ahora hemos tratado el cruce mendeliano dihíbrido (o polihíbrido) asumiendo que los diferentes pares alélicos se encuentran realmente en diferentes pares de cromosomas homólogos. Pero el número de pares cromosómicos, aunque diferente de una especie a otra, varía dentro de límites estrechos (pocas especies alcanzan alrededor de cien cromosomas), mientras que el número de genes se puede contar en decenas de miles.
Que los caracteres elegidos por Mendel para sus experimentos se segregaran todos de forma independiente (sin por tanto confundir los cálculos en la distribución de fenotipos en la F2 del cruce polihíbrido) fue una suerte. Si se encontraran dos pares de alelos en loci adyacentes, la ley que que seguiría se llamaría la ley de asociación.
Sabiendo que muchos caracteres tienen su locus en un solo cromosoma y que son los pares cromosómicos que se segregan de forma independiente en la meiosis, se puede entender bien con qué frecuencia sucede que dos pares de caracteres, si estuvieran asociados en un cromosoma en el parental organismo, permanecen asociados igualmente también en el gameto y por tanto en el organismo al que aportará su propio material genético.
Vemos así que la "asociación representa" una excepción, lejos de ser infrecuente, a la independencia enunciada en la tercera ley de Mendel.
INTERCAMBIO O "CRUCE" Y RECOMBINACIÓN
Hablando de meiosis hemos indicado que hay dos momentos distintos de mezcla del material genético: uno es el de la segregación de cromosomas en gametos, y ese es el observado por Mendel.
El otro momento, que en realidad precede, es aquel en el que las cuatro cromátidas de cada par de cromosomas homólogos intercambian mutuamente rasgos idénticos. Después de este intercambio, dos factores que estaban asociados en el mismo cromosoma serán en cambio independientes en los gametos. La probabilidad que tiene lugar un intercambio es proporcional, en una primera aproximación, a la longitud del cromosoma, y en cromosomas más largos puede haber incluso más que un intercambio.
El fenómeno se puede detectar citológicamente, observando un número suficiente de meiosis bajo el microscopio.
La tasa de re-coincidencia es la tasa a la que dos caracteres cualesquiera que estaban asociados en la generación parental se recombinan de manera diferente en F2.
Si los dos loci son absolutamente contiguos, la probabilidad de que un quiasma los separe será prácticamente nula. La tasa de recombinación será: n ° recombinantes. Si dos loci están en dos cromosomas diferentes, la tasa de recombinación será 0.5 (igual probabilidad, para dos caracteres que se unieron en la generación P, de encontrarse juntos al azar en F2). Por tanto, la tasa de recombinación puede variar entre 0,0 y 0,5. Para distancias pequeñas en el cromosoma, la distancia y la tasa de recombinación son directamente proporcionales. Para distancias más largas existe la posibilidad de que se produzcan dos intercambios entre dos loci. Ahora parecerá claro que dos factores separados por dos intercambios están nuevamente asociados. está claro, en este punto, que se pierde la proporcionalidad entre la distancia de los loci y la probabilidad de recombinación.
Los loci que se encuentran asociados en el mismo cromosoma constituyen "grupos de asociación". Los loci muy distantes pueden tener tal probabilidad de separación por intercambio que se comporten como independientes, pero cada uno de ellos estará asociado, con una menor tasa de recombinación, a los loci intermedios.
Cuando se conocen las tasas de recombinación entre muchos pares de genes dentro de un grupo de asociación, puede comenzar la construcción de "mapas genéticos". Teniendo en cuenta que la distancia entre dos genes (ayb) se expresa mediante la tasa de recombinación y que la distancia de a de un tercer gen c puede ser la suma o la diferencia con respecto a su distancia de b, es posible para reconstruir un mapa de las distancias recíprocas, que será el mapa genético dentro de ese grupo de asociación, es decir, de ese cromosoma.
Ahora debemos considerar en general algunos conceptos que limitan la manifestación fenotípica de los caracteres genotípicos.
En primer lugar hablaremos de los conceptos de penetrancia y expresividad, y luego dedicaremos especial atención a los fenómenos de regulación de la acción de los genes.
PENETRANCIA
La penetrancia de un gen representa su capacidad para manifestarse en el fenotipo. La penetrancia se mide estadísticamente contando la frecuencia de los fenotipos que muestran ese carácter entre los 100 genotipos que lo contienen. Un rasgo con 0,7 de penetrancia es un rasgo que ocurre fenotípicamente en el 70% de su frecuencia genotípica.
Expresividad
La expresividad es una evaluación cuantitativa del grado de manifestación fenotípica.
REGULACIÓN DE LA ACCIÓN GENÉTICA
Las células producen todas sus enzimas y proteínas a la misma velocidad y al mismo tiempo. Las células de Escherichia coli, por ejemplo, pueden recibir energía y átomos de carbono del disacárido de lactosa, ya que pueden descomponerlas en glucosa y galactosa gracias a la enzima beta-galactosidasa. En una E. coli normal que puede tener lactosa, hay aproximadamente 3 000 moléculas de beta-galactosidasa, equivalentes al 3% de las proteínas de esa célula; en ausencia de lactosa, solo habrá una molécula de beta-galactosidasa por célula bacteriana. La galactosidasa se sintetizará a partir de nuevas moléculas de ARNm cuando pueda usarse. Se conocen cepas mutantes de E. coli ricas en la enzima incluso en ausencia de lactosa: estas mutantes están en desventaja en comparación con las células normales, ya que se ven obligadas a un consumo innecesario de energía y materiales para producir la enzima que permanecerá sin sustrato. Las sustancias que provocan un aumento en la cantidad de enzima, como es el caso de la lactosa, se denominarán inductoras, mientras que las enzimas se denominarán inducibles. Otras sustancias inducen, también estas de forma específica, la producción de determinadas enzimas. También en E. coli, por ejemplo, capaz de construir todos sus aminoácidos, teniendo carbono y amonio (NH3), la presencia en el medio de cultivo de un aminoácido particular (histidina, por ejemplo) bloquea la producción de todas las enzimas asociadas con la biosíntesis del propio aminoácido: se dirá de estas enzimas que son reprimibles. En las células bacterianas las moléculas de ARNm son demolidas poco después de su formación, por lo que controlar la producción de ARNm significa controlar la síntesis enzimática en el mismo tiempo.
EL OPERON
Para explicar cómo la célula bacteriana es capaz de controlar su propia producción de enzimas, Jacob y Monod formularon la hipótesis del operón; el operón está formado por varios genes que están relacionados funcionalmente y alineados sin discontinuidad a lo largo de un tramo de ADN El operón consta de tres tipos diferentes de genes: el promotor, donde comienza la formación del ARNm; el operador, donde se ejerce el control; uno o más genes estructurales, que codifican enzimas u otras proteínas. En el sistema de la beta-galactosidasa, el operón incluye, además del de la beta-galactosidasa, también otros dos genes que codifican la estructura otras enzimas implicadas en el metabolismo de la lactosa. Estos genes son adyacentes entre sí y se transcriben uno tras otro a lo largo de la misma hélice de ADN en una sola molécula de ARNm. Las moléculas de ARNm así producidas están activas durante un tiempo muy breve, después del cual son destruidas por enzimas específicas.
La actividad del operón está a su vez controlada por otro gen, el regulador, que también puede estar distante del operón: este regulador codifica una proteína, llamada represor, que parece unirse al ADN en el gen operador. Siendo el gen operador colocado entre el promotor y los genes estructurales en realidad bloquea la producción de ARNm.
El represor a su vez se controla y el control se realiza mediante una sustancia "señal". En el caso de las enzimas inducibles esta sustancia es el "inductor. El inductor" se une a la molécula represora modificando su forma para que ya no pueda adaptarse al ADN: en este caso, ya que no hay represor entre el promotor y los genes estructurales. , el represor puede formar las moléculas de ARNm y, a partir de ellas, las moléculas de proteína. Con el agotamiento del suministro de inductor nuevamente el regulador recuperará el control, lo que detendrá la producción de nuevo ARNm, por lo tanto de nuevas proteínas. En el sistema de beta-galactosidasa el inductor es lactosa o una sustancia muy similar a este derivado: se unirá al represor inactivándolo para permitir la biosíntesis de enzimas. En el caso de las enzimas reprimibles, la sustancia que actúa como "señal" actúa como correpresor: el represor sólo está activo si se combina con el correpresor. En el sistema de la histidina, que involucra a una docena de enzimas diferentes, es este aminoácido, combinado con su ARNt, el correpresor, la histidina.
INTERACCIONES ALOSTERICAS
Las interacciones alostéricas, que implican la inactivación de una enzima al alterar su forma, proporcionan una forma diferente de regular la actividad metabólica de una célula. Las interacciones alostéricas permiten un control más preciso que el sistema inductor-represor del operón, pero no logran el resultado útil de excluir la biosíntesis de una sustancia determinada de la primera etapa: la producción de un ARNm.
SISTEMAS DE CONTROL EN EL EUCARIUS
Hay algunos hechos que llevan a creer que un sistema de regulación similar al operón está operando y es preeminente entre plantas y animales. Los cromosomas de estos organismos difieren profundamente de los de E. coli y otros procariotas. El control de los genes en estos Las células son muy diferentes. El mecanismo de la mitosis es tal que cada célula de una determinada planta o animal posee toda la información
genética presente en el óvulo fecundado. Por lo tanto, la mayoría de los genes en cualquier célula especializada permanecerá ineficaz durante toda la vida de la célula. El ADN de estas células siempre está asociado con proteínas. Por lo tanto, es posible que la represión genética en eucariotas requiera precisamente esta asociación entre el ADN y las proteínas.
