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Pregunta de hemoglobina: ¿cuántos alelos?

Pregunta de hemoglobina: ¿cuántos alelos?


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Entonces sé que la hemoglobina está compuesta por 2 subunidades alfa y 2 subunidades beta. El alfa consta de 2 genes en el cromosoma 16 y el beta de 1 gen en el cromosoma 11. Entonces, ¿por qué la hemoglobina solo tiene 4 alelos? ¿Por qué no es 6? En mi forma de pensar, cada subunidad alfa consta de 2 genes, es decir, 4 en total. Y cada subunidad beta consta de 1 gen, es decir, 2 en total. Juntos eso hace 6. ¡Confundido! Gracias por adelantado


Significado de alelo

La palabra "alelo" se usa a menudo con dos significados ligeramente diferentes en biología.

El primer uso, probablemente más apropiado, es el de la respuesta de Remi.b: un alelo es un variante de un gen en una población; hay muchos alelos posibles para un gen dado, dependiendo de la longitud del gen, aunque típicamente solo unos pocos son comunes en una población y es posible que se conozcan incluso menos.

El segundo uso de la palabra "alelo" es para significar "copia" de un gen; debido a que esas copias pueden ser diferentes, en este contexto un alelo es un variante potencial de un gen en un individuo. Para un organismo diploide como un ser humano, podría decirse que un individuo tiene "dos alelos", pero lo que realmente quiere decir es que el individuo tiene "dos copias de un gen, que podrían ser el mismo o diferentes alelos". La relación entre las dos copias se llama cigosidad. Yo diría que este es un uso un poco descuidado del término, pero no obstante es común y si entiendes el significado, todavía está claro.

Genes de la hemoglobina

Para la hemoglobina, hay al menos 3 genes importantes: dos de cada uno codifican subunidades alfa y el tercero codifica la subunidad beta (también hay una subunidad delta y gamma, pero podemos omitir la discusión de estos por ahora).

Para la subunidad beta, cada individuo tiene dos copias del gen, que en las poblaciones humanas se considera típicamente como uno de los dos alelos de la población: un alelo normal o un alelo asociado con la anemia de células falciformes. Las personas con dos de los alelos de células falciformes tendrán anemia de células falciformes.

Para la subunidad alfa, cada individuo tiene dos copias de dos genes diferentes. Hay alelos para cada uno de esos genes que producen productos no funcionales. Los individuos con alelos que producen subunidades alfa no funcionales, para cualquiera de los genes, tienen alfa-talasemia. La gravedad de la alfa-talasemia depende de cuántos alelos estén presentes en los dos genes que no producen subunidades alfa funcionales.

¿Por qué 4 alelos para la hemoglobina?

Sospecho que si lee en alguna parte que hay "4 alelos" para la hemoglobina, esa fuente probablemente estaba hablando de alfa-talasemia en particular, en cuyo caso hay 2 copias de 2 genes diferentes para que un individuo tenga cuatro alelos posibles. La gravedad de la alfa-talasemia depende del número total de alelos defectuosos en los dos genes, donde tener 4 copias defectuosas es fatal y tener solo 1 copia defectuosa no se nota clínicamente.

En la población, sin embargo, es probable que en realidad haya muchos otros alelos para cada gen. Sin embargo, con el fin de describir la enfermedad, podemos agruparlos en "funcionales" y "no funcionales" y decir que hay dos alelos de población para cada uno de estos dos genes.


Un alelo es una variante en un locus dado. Si en un locus dado, no hay variación en la población, entonces toda la población se fija para un solo alelo. Si hay diferentes variantes en la población, entonces hay alelos graves en esta población.

Un locus puede definirse como una secuencia de ADN de cualquier longitud. Por un lugar de tamañonorteel número máximo de alelos es $ n ^ 4 $ y el número mínimo de alelos es $1$. En la práctica, dicho esto, a veces agrupamos alelos y, por lo tanto, el número máximo de alelos es algo menor. Pero no entremos en estos detalles.

El caso es que no importa cuántas subunidades desee considerar. El número de alelos es simplemente el número de variantes que existen en la población. Si para la hemoglobina hay 6 alelos, ¡entonces hay 6 alelos!


Mecanismo de la enfermedad

En los capilares (vasos sanguíneos microscópicos que intercambian oxígeno directamente con los tejidos), los eritrocitos pueden estar sujetos a una baja tensión de oxígeno después de que pierden su oxígeno en los tejidos circundantes. En esta situación de bajo oxígeno, las moléculas de hemoglobina anormales de Media pensión S Media pensión S los individuos tienden a polimerizarse (unirse), formando fibras tubulares rígidas que, en última instancia, distorsionan la forma de todo el eritrocito, dándole la forma característica de "cosquilleo". Estas células falciformes tienen varios efectos en el cuerpo a través de dos procesos.

  1. Las células falciformes son menos capaces de entrar y moverse a través de los capilares: una vez en los capilares, obstruyen el flujo capilar y causan pequeños coágulos de sangre. La reducción del flujo sanguíneo da como resultado una menor disponibilidad de oxígeno para los tejidos. El suministro reducido de oxígeno da como resultado la muerte del tejido y daño a órganos vitales (por ejemplo, el corazón, el hígado y el bazo).
  2. Los glóbulos falciformes tienen una vida útil más corta que los glóbulos rojos normales: la vida útil reducida de los eritrocitos impone una mayor demanda en la médula ósea para producir nuevos glóbulos rojos y en el bazo para descomponer los eritrocitos muertos. El aumento de la demanda de la médula ósea provoca un dolor intenso en los huesos largos y las articulaciones. Las personas que padecen anemia de células falciformes se enferman con frecuencia y, por lo general, tienen una esperanza de vida considerablemente reducida. Se dice que estos individuos tienen anemia de células falciformes.

Individuos heterocigotos (Media pensión A Media pensión S ) se dice que son portadores para la anemia de células falciformes. Tenga en cuenta que este es un término específico y no es lo mismo que la anemia de células falciformes y que los heterocigotos no tienen la enfermedad en sí mismos, pero sus hijos pueden heredar la afección. Los portadores no tienen anemia, gozan de buena salud (al igual que Media pensión A Media pensión A individuos), y sus eritrocitos mantienen una forma normal en la sangre. En otras palabras, son fenotípicamente normales en la mayoría de las condiciones y probablemente no sepan que "llevan" Media pensión S alelo. Sin embargo, si los heterocigotos están expuestos a condiciones de bajos niveles de oxígeno (como una actividad extenuante a grandes altitudes), algunos de sus eritrocitos fallan. Los glóbulos rojos en muestras de sangre de heterocigotos sometidos a una tensión de oxígeno muy reducida en el laboratorio también son falciformes.

¿Por qué la anemia de células falciformes es más frecuente en personas con orígenes en África central y el Mediterráneo? Si observa la Figura 2, verá que la aparición de anemia de células falciformes se superpone con la omnipresencia de la malaria. Esto parece extraño, pero aquellos individuos que son heterocigotos (Media pensión A Media pensión S ) para el alelo de células falciformes tienen menos probabilidades de contraerse y morir de malaria que aquellos que son homocigotos (Media pensión A Media pensión A ). los Media pensión S polipéptido que es producido por el individuo heterocigoto detiene el organismo (Plasmodium) que causa que la malaria invada los glóbulos rojos. Por lo tanto, en áreas donde la malaria es común, existe una presión de selección para Media pensión S alelo, y el Media pensión S El alelo ocurre en una frecuencia más alta porque aquellos que tienen una copia del Media pensión S alelo vivirá más tiempo y tendrá más hijos. En áreas donde la malaria no es común, existe una presión de selección contra la Media pensión S alelo, y el Media pensión S El alelo ocurre en una frecuencia más baja. Como aprenderá en un capítulo posterior, existe un 25% de probabilidad de que dos portadoras tengan un hijo homocigótico. Media pensión S Media pensión S ), y este niño pagará el precio evolutivo por la protección contra la malaria que se les brindó a los padres. Parece ser de esta manera que la evolución por selección natural retiene un alelo potencialmente perjudicial en una población. El ejemplo de la anemia falciforme es solo una de las llamadas ventajas heterocigóticas. Hemos proporcionado otros ejemplos en la Tabla 1.

Figura 2. La línea rayada representa la distribución de la malaria. Los diversos colores rojos representan la frecuencia relativa del alelo de la célula falciforme en la población, con el rojo oscuro con la frecuencia más alta y el rojo claro con la frecuencia más baja. Obra de Eva Horne.

tabla 1. Ejemplos de ventaja heterocigótica en humanos

Distribución de la malaria y frecuencia del alelo de células falciformes.


Informe de examinadores

Se proporciona mucho material de estímulo sobre la malaria y la anemia de células falciformes en el tallo para 4 (a), pero la pregunta final puede responderse sin ninguna referencia al tallo. Esto puede haber causado incertidumbre entre los candidatos. Se hizo un esfuerzo para dar cabida a las respuestas generales sobre la selección natural que conduce a la evolución, así como a las que incluían la información sobre la malaria proporcionada en el tallo. Algunos candidatos utilizaron incorrectamente el término "anemia de células falciformes" cuando deberían haber escrito "alelo de células falciformes".

Pocos candidatos reconocieron que una mutación por sustitución de bases causa el defecto estructural en la hemoglobina que causa anemia de células falciformes para 4 (b). Rara vez se mencionó la hemoglobina. Simplemente no se dio un cambio en el codón del ARNm y la consiguiente unión de un ARNt con un anticodón y un aminoácido diferentes. Casi no hubo referencia al codón o anticodón. Los candidatos ofrecieron respuestas menos detalladas, como & ldquoa diferentes aminoácidos se unen al péptido & rdquo o & ldquoglutamic ácido se reemplaza por valina & rdquo.

Algunos candidatos confundieron la anemia de células falciformes y la herencia de la Hb con la vinculación sexual en 4 (c), quizás debido a la redacción de la raíz. Algunos enumeraron genotipos en lugar de describir fenotipos para la segunda parte de la respuesta. Debían darse todos los fenotipos para la marca. Dado que la guía (4.3.12) considera la Hb A y la Hb S como alelos codominantes, describir o indicar el fenotipo del portador es problemático, ya que el estado de portador "parece" ser el mismo que el homocigoto normal. Este problema fue cubierto por el esquema de marca, ya que se aceptó cada uno de los siguientes para describir el fenotipo de portador: normal, portador normal, intermedio, rasgo de células falciformes y asintomático. Independientemente de cómo se describiera el fenotipo de portador, había que mencionar el fenotipo de anemia falciforme / enfermo. Aquellos que dibujaron una cuadrícula de Punnett correcta generalmente lo hicieron bien en la descripción de los fenotipos.


Sugerencias generales de instrucción

En el Folleto para el estudiante, los números en negrita indican preguntas que los estudiantes deben responder.

Si utiliza la versión Word del Folleto para estudiantes para realizar cambios, verifique la versión PDF para asegurarse de que todas las figuras y el formato se muestren correctamente en la versión Word en su computadora.

Para maximizar el aprendizaje de los estudiantes, le recomendamos que haga que sus estudiantes completen grupos de preguntas relacionadas en el Folleto para el estudiante individualmente o en parejas y luego tengan una discusión en clase de estas preguntas. En cada discusión, puede sondear el pensamiento de los estudiantes y ayudarlos a desarrollar una comprensión sólida de los conceptos y la información cubiertos antes de pasar a la siguiente parte de la actividad.

Si desea tener una clave con las respuestas a las preguntas del Folleto para estudiantes, envíe un mensaje a [email protected] Los siguientes párrafos proporcionan información adicional sobre los antecedentes.


Genética de la anemia de células falciformes

Los glóbulos rojos están llenos de hemoglobina, la proteína que transporta el oxígeno. Un alelo de hemoglobina codifica la hemoglobina normal y otro codifica hemoglobina de células falciformes. En una persona es homocigoto para el alelo de células falciformes, la hemoglobina de células falciformes tiende a agruparse en largos bastones que hacen que los glóbulos rojos adopten una forma de hoz u otras formas anormales, en lugar de la forma normal de disco. Esto causa una enfermedad llamada anemia falciforme.

La hemoglobina normal se disuelve en el citosol.

La hemoglobina de células falciformes tiende a agruparse en largos bastones.

1. Los glóbulos rojos normales en forma de disco apenas pueden pasar a través de los capilares (los vasos sanguíneos más pequeños). ¿Qué problemas pueden causar los glóbulos rojos que tienen forma de hoz o tienen otras formas anormales?

2. La mayoría de los niños con anemia de células falciformes tienen padres que no tienen anemia de células falciformes. Explique cómo una persona puede heredar los alelos de células falciformes de padres que no tienen anemia de células falciformes. ¿El alelo de células falciformes es dominante (S) o recesivo (s)? Explica tu razonamiento. Incluya un cuadro de Punnett en su respuesta.

El alelo de las células falciformes ilustra algunas complejidades comunes de la genética que hemos ignorado hasta ahora. Lea la información en este cuadro y luego responda las preguntas 3 y 4.

Las personas que son homocigotas para el alelo de las células falciformes tienen anemia de células falciformes, que incluye dolor y daño orgánico, debido a la circulación bloqueada y anemia (niveles bajos de glóbulos rojos) debido a una descomposición más rápida de los glóbulos rojos. Las personas heterocigóticas para el alelo de las células falciformes casi nunca experimentan estos síntomas. Por lo tanto, el alelo de la hemoglobina de células falciformes generalmente se considera recesivo y el alelo de la hemoglobina normal generalmente se considera dominante.

Sin embargo, una persona heterocigota no tiene exactamente el mismo fenotipo que una persona que es homocigótica para el alelo de la hemoglobina normal. Específicamente, las personas que son heterocigóticas para el alelo de la hemoglobina de células falciformes tienen menos probabilidades de desarrollar malaria grave que las personas que son homocigotas para el alelo de la hemoglobina normal.

La malaria es causada por un parásito que infecta los glóbulos rojos. Los glóbulos rojos de los individuos heterocigotos tienen tanto células falciformes como hemoglobina normal. Los parásitos de la malaria son menos capaces de reproducirse en los glóbulos rojos que tienen algo de hemoglobina de células falciformes. Esto explica por qué las personas que son heterocigóticas para el alelo de la hemoglobina de células falciformes tienen infecciones de malaria menos graves que las personas que son homocigotas para el alelo de la hemoglobina normal.

3. Explique cómo el gen de la hemoglobina ilustra la siguiente generalización:

Un solo gen a menudo tiene múltiples efectos fenotípicos.

4. A menudo, cuando los genetistas investigan un par de alelos, ninguno de ellos es completamente dominante o completamente recesivo. En otras palabras, el fenotipo de una persona que es heterocigótica para estos dos alelos es diferente de los fenotipos de las personas que son homocigotas para cualquiera de los alelos. Explique cómo se ilustra este principio general con la anemia drepanocítica y los alelos normales del gen de la hemoglobina.


Objetivos de aprendizaje

  • Podrá describir las diversas líneas de evidencia para la evolución de la vida, incluido el registro fósil, la biogeografía, los rasgos vestigiales y varios tipos de homologías.
  • Demostrará el proceso de evolución, que tiene como resultado el aumento de la diversidad y complejidad de la vida. Específicamente, comprenderá y proporcionará ejemplos de adaptación a través de la selección natural, que requiere los siguientes factores:
    • opera sobre poblaciones en contextos ambientales específicos
    • necesario debido a la competencia por recursos limitados
    • se basa en procesos biológicos que producen una nueva variación
    • transfiere nueva variación a través de los mecanismos de herencia
    • da como resultado una aptitud diferencial (diferencias en la supervivencia y la reproducción)

    Ejemplos de alelos múltiples

    Color del pelaje en los gatos

    En los gatos domésticos, la cría se ha llevado a cabo durante miles de años seleccionando diferentes y variados colores de pelaje. Se pueden ver gatos con pelo largo, pelo corto y sin pelo. Hay genes que codifican si un gato tendrá pelo o no. Existen múltiples alelos para este gen, algunos que producen gatos sin pelo y otros que producen gatos con pelo. Otro gen regula la longitud del cabello. Los gatos de pelo largo tienen dos alelos recesivos, mientras que un alelo dominante producirá pelo corto.

    En el año 2000, el científico finalmente logró mapear el genoma complejo de la mosca común de la fruta, Drosophilia melanogaster. La mosca de la fruta había sido y sigue siendo un valioso animal de laboratorio debido a su alta tasa de reproducción y la simplicidad de mantener y analizar grandes cantidades de moscas. Con aproximadamente 165 millones de pares de bases, el ADN de una mosca de la fruta es mucho más pequeño que el de un humano. Mientras que un ser humano tiene 23 cromosomas, una mosca de la fruta solo tiene 4. Aún así, en solo 4 cromosomas, existen alrededor de 17,000 genes. Cada gen controla un aspecto diferente de la mosca y está sujeto a mutaciones y al surgimiento de nuevos alelos.

    En la imagen de arriba, todas las moscas son de la misma especie. Drosophilia melanogaster. La variación observada entre las moscas es causada por múltiples alelos, en diferentes genes. Por ejemplo, el gen del color de los ojos determina si la mosca tendrá un ojo naranja / marrón, un ojo rojo o un ojo blanco. Tanto el alelo blanco como el naranja son recesivos al alelo de ojos rojos de tipo salvaje. Las dos moscas en la parte superior tienen cuerpos de tipo salvaje, un bronceado con rayas oscuras. En el gen que controla el color corporal, están presentes otros dos alelos. La mosca del extremo derecho muestra un genotipo recesivo homocigoto que provoca un cuerpo oscuro. Las tres moscas de la parte inferior muestran otro genotipo recesivo homocigótico, la mutación del cuerpo amarillo.

    Otros rasgos incluyen todo, desde cómo se forman las alas hasta la forma de las antenas y las enzimas producidas en la saliva de la mosca. Aunque 17.000 genes pueden no parecer tantos, el número total de alelos en una población hace que la variedad total sea mucho mayor que eso. Cada alelo recién mutado agrega otra combinación al grupo casi infinito de variedad genética.


    Trastornos de la arquitectura genómica variable

    Leon E. Rosenberg, Diane Drobnis Rosenberg, en Human Genes and Genomes, 2012

    Etiología y hallazgos clínicos

    Como se mencionó anteriormente, el grupo de genes de la α-globina se encuentra en el cromosoma 16 (capítulo 12). En contraste con el gen único de la β-globina, el locus de la α-globina experimentó una duplicación en algún momento del pasado evolutivo y está presente en el genoma humano en dos copias, α1 y α2. Cada locus codifica la síntesis de la cadena de α-globina, lo que significa que, en circunstancias normales, cada ser humano tiene cuatro alelos funcionales, no dos. Los genes α1 y α2 son prácticamente idénticos, al igual que sus regiones circundantes.

    Las α-talasemias son causadas con mayor frecuencia por deleciones. Como se muestra en la figura 14.4, la patología molecular refleja fielmente las consecuencias clínicas. En la situación normal, tanto los alelos α1 como los alelos α2 están funcionando. Si se elimina un alelo α2, se produce el llamado "portador silencioso", que no sufre alteraciones clínicas. Ser heterocigoto para las deleciones de cada gen α, o ser homocigoto para las deleciones de α1 o α2, es el siguiente en gravedad genética. En estos casos, todavía hay dos copias del gen de la α-globina en funcionamiento y la anemia es leve o está ausente. Cuando sólo queda una de las cuatro copias, las consecuencias clínicas son graves: anemia desde el nacimiento. Si se eliminan las cuatro copias de los genes de la α-globina, se produce la muerte fetal o neonatal. Esto se debe a que la síntesis de la cadena de α-globina se produce prácticamente durante todo el desarrollo prenatal del embrión y el feto. Por tanto, en ausencia de cadenas α, el feto se ve privado de hemoglobina transportadora de oxígeno.

    FIGURA 14.4. Genotipos y fenotipos en α-talasemia. Arriba: las personas normales tienen cuatro copias de genes de α-globina (2α1, 2α2). Abajo: en ausencia de las cuatro copias (mostradas como cajas vacías), los bebés sucumben en el útero o al nacer con hidropesía fetal (es decir, acumulación de líquido en el feto). Cuatro genotipos intermedios reflejan la pérdida progresiva de copias α1 o α2. Consulte el texto para obtener más detalles.


    Por favor, no responda si solo va a hacer un troll. Pregunta por segunda vez por los trolls :-( PREGUNTAS AL FONDO:

    La hemoglobina es una proteína que contiene hierro en los glóbulos rojos que transporta oxígeno desde los pulmones a las células de todo el cuerpo. La hemoglobina es un complejo proteico que se compone de cuatro subunidades polipeptídicas. Normalmente, dos de las subunidades polipeptídicas se denominan subunidades de beta-globina. Cada subunidad de globina contiene un solo átomo de hierro capaz de unirse al oxígeno.

    Antes del nacimiento y durante la primera infancia, la expresión del gen HBB es baja y, en cambio, las células producen un tercer polipéptido llamado gamma-globina. Durante este tiempo, el complejo de hemoglobina consta de dos subunidades de alfa-globina y dos subunidades de gamma-globina y se denomina hemoglobina fetal. La hemoglobina fetal puede unir el oxígeno con más fuerza que la hemoglobina adulta típica, lo que permite que el feto (el feto) elimine el oxígeno de la hemoglobina en la sangre de la madre. En la Figura 1 se muestra un modelo de los niveles de expresión de los tres tipos de polipéptidos de globina durante las semanas previas al siguiente nacimiento (Adjuntarán fotografías en la parte inferior en orden cronológico de la Figura 1-Figura 3)

    Las mutaciones en los genes que codifican las subunidades de globina pueden afectar la función de la hemoglobina. La beta-talasemia es un trastorno hereditario que resulta de una variedad de mutaciones en el gen HBB que codifica la subunidad de beta-globina. La incidencia de beta-talasemia en una familia en particular se muestra en la Figura 2.

    La incapacidad para producir beta-globina funcional da como resultado un desequilibrio de las subunidades alfa y beta-globina. La acumulación de subunidades de alfa-globina libres hace que los glóbulos rojos se lisen (estallen) o sufran apoptosis (Figura 3). Las subunidades adicionales de alfa-globina no pueden plegarse correctamente en un complejo de proteína de hemoglobina y, en cambio, forman estructuras llamadas alpa-hemicromos. Luego, los alfa-hemicromios se depositan en forma sólida en la superficie de los glóbulos rojos, lo que hace que los glóbulos rojos se lisen. Figura 3.

    (a) Con base en el árbol genealógico que se muestra en la Figura 2, describa los alelos HBB heredados por el individuo 11, incluido el padre del que proviene cada alelo.

    (b) Explique cómo la hemoglobina mutante interfiere con la capacidad de una célula para sintetizar ATP. Los glóbulos rojos dañados por la acumulación de alfa-hemicromios sufren apoptosis y son llevados a otras células mediante un proceso similar a la endocitosis. Explique cómo estas células digieren y reciclan los componentes de los glóbulos rojos apoptóticos.

    (c) Al estudiar la familia que se muestra en el árbol genealógico que se muestra en la Figura 2, los investigadores notan que el alelo mutante HBB y un alelo para otro rasgo se transmiten juntos a una frecuencia mayor que la que se predeciría si los genes se clasificaran de forma independiente. Predecir la causa de esta mayor frecuencia de herencia. Justifica tu predicción.

    (d) Un investigador afirma que HBB exhibe un patrón de herencia mitocondrial materna. Utilice el pedigrí para refutar la afirmación del investigador.