Psicobiologia: Gens, Epigenètica i Comportament

I 0 flashcards i 7 preguntes més al document.

Text del document

APUNTS PSICOBIOLOGIA DEL DESENVOLUPAMEN T HUMÀ Grau en Psicologia Universitat de Lleida AprenAI 2026-2027 Apunts complets de Psicobiologia del Desenvolupament Humà: ADN, expressió gènica, epigenètica, patrons d'herència mendeliana i genètica de la conducta.

APREN.AI Índex Gens i genoma 1 Estructura de l'ADN, replicació i cicle cel·lular Concepte de gen, genoma i relació amb el fenotip Plasticitat fenotípica: norma de reacció i polifenisme Estructura química i propietats dels àcids nucleics: ADN i ARN Procés de replicació semiconservativa de l'ADN Divisió cel·lular: mitosi i meiosi Mecanismes de generació de variabilitat genètica a la meiosi 2 Expressió gènica, codi genètic i mutacions El dogma central i el flux de la informació genètica Característiques del codi genètic Mutacions: origen i classificació segons la línia cel·lular Mutacions gèniques puntuals i canvis en la pauta de lectura Alteracions cromosòmiques: numèriques i estructurals Arquitectura del genoma humà i variabilitat nucleotídica Epigenètica 3 Nivells de regulació de l'expressió gènica i marques cromatíniques Diferenciació cel·lular i especificitat de l'expressió al cervell Nivells de regulació de l'expressió gènica Control transcripcional: regions gèniques i factors de transcripció Epigenètica i marques cromatíniques pre-transcripcionals ARN no codificant d'interferència i el Projecte ENCODE Funcions i implicacions biomèdiques de l'epigenoma 4 Impronta genòmica, reprogramació i impacte psicobiològic Funcions biològiques de la regulació epigenètica i compensació de dosi Alteracions epigenètiques en patologia humana i dianes terapèutiques Efectes parentals, nutrició i neurobiologia de l'estrès Herència transgeneracional i reprogramació epigenètica Impronta genòmica i teoria del conflicte parental Herència genètica 5 Lleis de Mendel i patrons de transmissió monogènica Bases conceptuals de l'experimentació mendeliana Les tres lleis de Mendel Anàlisi de genealogies humanes Psicobiologia: Gens, Epigenètica i Comportament 1 Patrons d'herència autosòmica 6 Excepcions al mendelisme, herència sexual i no nuclear Herència lligada al sexe Al·lelisme múltiple, al·lels letals i lligament genètic Herència no nuclear: ADN mitocondrial Mecanismes d'expressió i complexitat gènica 7 Genètica del comportament — Heretabilitat, mètodes d'estudi i debat natura- criança Concepte estadístic d'heretabilitat Dissenys de recerca en humans Mètodes moleculars: anàlisi de lligament i GWAS Models animals i enginyeria genètica Superació del determinisme genètic 8 Resum per repassar 1.

Gens, genoma i continuïtat biològica 2. Expressió gènica, codi genètic i mutacions 3. Epigenètica i regulació de l'expressió 4. Patrons d'herència i genètica del comportament Solucions de les preguntes de repàs Aquests apunts poden contenir errors o omissions. Són un material de suport i no substitueixen el temari oficial ni el professorat: contrasta la informació important. Psicobiologia: Gens, Epigenètica i Comportament 2 1 Estructura de l'ADN, replicació i cicle cel·lular EN ACABAR SABRÀS Distingir els conceptes de gen, genoma, genotip i fenotip. Diferenciar la norma de reacció del polifenisme mitjançant patrons de variació ambiental.

Comparar l'estructura química de l'ADN i l'ARN i descriure la replicació semiconservativa. Contrastar els resultats de la mitosi i la meiosi identificant els orígens de la variabilitat genètica. PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 1 Com pot un organisme canviar dràsticament el seu aspecte físic sense modificar cap lletra de la seva seqüència d'ADN? La transmissió de les característiques biològiques entre generacions depèn d'estructures químiques estables i de mecanismes cel·lulars precisos de divisió. ESQUEMA Gens, genoma i continuïtat biològica Concepte de gen, genoma i relació amb el fenotip El concepte de gen ha evolucionat al llarg de la història de la biologia.

Gregor Mendel va proposar inicialment que existien uns factors heretables discrets que determinaven la transmissió dels caràcters visibles generació rere generació.

En la biologia molecular actual, un gen es defineix com una unió de Gens i genoma 1 Estructura de l'ADN, replicació i cicle cel·lular 2 Expressió gènica, codi genètic i mutacions Genètica bàsica Gens, genoma i fenotip Interacció ambiental Plasticitat fenotípica Estructura molecular ADN i ARN Replicació d'ADN Model semiconservatiu Divisió cel·lular Mitosi i meiosi Variabilitat genètica Crossing over i segregació Psicobiologia: Gens, Epigenètica i Comportament 3 seqüències genòmiques que codifiquen per a un conjunt de productes moleculars funcionals potencialment solapats. Aquests segments actuen com a unitats bàsiques d'informació i d'herència biològica.

Per comprendre com s'organitza i s'expressa aquesta informació, cal distingir tres termes fonamentals: Genoma: conjunt global de gens que caracteritza una espècie determinada. Genotip: contingut o constitució genètica concreta d'un individu particular. Fenotip: expressió observable del genotip en un ambient concret, que abasta des de trets físics i morfològics fins a funcions cognitives i conductuals. L'ambient té un paper modulador en aquesta expressió. El conjunt de factors ambientals que regulen com s'expressen els gens s'anomenen factors epigenètics (vegeu «Epigenètica — Nivells de regulació de l'expressió gènica i marques cromatíniques»).

Un canvi en la dieta o en les condicions de vida pot alterar directament les manifestacions fenotípiques d'un organisme. Plasticitat fenotípica: norma de reacció i polifenisme La plasticitat fenotípica és la capacitat d'un mateix genotip de produir més d'un fenotip quan es troba exposat a condicions ambientals diferents. Quan aquesta sensibilitat ambiental és elevada, el context extern té una gran influència en el desenvolupament de l'organisme. Aquesta plasticitat es pot manifestar de dues maneres: DEFINICIÓ La norma de reacció és el rang continu de respostes fenotípiques possibles que un sol genotip pot manifestar en resposta a un gradient ambiental.

Representa tot el potencial teòric de variació que podria arribar a succeir. Per exemple, la longitud de la banya dels mascles en certes espècies d'escarabats varia de forma contínua segons la quantitat i qualitat d'aliment obtingut durant l'estadi larvari abans de la metamorfosi. Per contra, el polifenisme (o polimorfisme ambiental) consisteix en l'aparició de fenotips alternatius, discontinus i generalment irreversibles causats per senyals ambientals concrets. En aquest cas no hi ha un gradient, sinó respostes discretes: representa el fenotip definitiu que ha ocorregut.

Un cas clàssic és la determinació del sexe depenent de la temperatura d'incubació dels ous en moltes espècies de rèptils, on un cert rang tèrmic indueix el desenvolupament d'individus femelles i un altre interval indueix mascles. ERROR FREQÜENT No confongueu la norma de reacció amb el polifenisme. La norma de reacció fa referència a respostes contínues i graduades (com la mida o el pes segons la nutrició). En canvi, el polifenisme descriu estats discontinus i excloents de «tot o res» (com ser mascle o femella segons la temperatura d'incubació). COMPROVA-HO 2 Què diferencia la norma de reacció del polifenisme pel que fa al tipus de variació fenotípica?

Psicobiologia: Gens, Epigenètica i Comportament 4 Estructura química i propietats dels àcids nucleics: ADN i ARN El material genètic compleix quatre requisits biològics essencials: emmagatzemar la informació de manera estable, poder-se traduir en altres molècules biològiques, reproduir-se i transmetre's fidelment entre cèl·lules i generacions, i manifestar una petita capacitat de variació per mitjà de canvis poc freqüents. L'ADN és 100 vegades més estable químicament que l'ARN, motiu pel qual actua com el dipòsit principal d'aquesta informació. Tant l'ADN com l'ARN són polímers formats per monòmers anomenats nucleòtids.

Cada nucleòtid està integrat per tres components: Esquema d'enllaços fosfodièster en la cadena de nucleòtids d'àcid nucleic. En la molècula d'ADN, els nucleòtids d'una mateixa cadena s'uneixen mitjançant enllaços fosfodièster entre el sucre i el fosfat. Aquests enllaços formen un esquelet covalent exterior molt fort i estable. La molècula d'ADN està constituïda per dues cadenes antiparal·leles disposades en doble hèlix. Les bases nitrogenades queden orientades cap a l'interior, establint unions febles mitjançant ponts d'hidrogen segons una complementarietat estricta: La citosina (C) s'aparella amb la guanina (G). La timina (T) s'aparella amb l'adenina (A).

Un glúcid pentosa (desoxiribosa en l'ADN o ribosa en l'ARN). 1 Un grup fosfat. 2 Una base nitrogenada. 3 Psicobiologia: Gens, Epigenètica i Comportament 5 Diagrama de la doble hèlix d'ADN amb aparellaments de bases nitrogenades.

Característica Àcid desoxiribonucleic (ADN) Àcid ribonucleic (ARN) Estructura de cadenes Bicatenari (dues cadenes antiparal·leles) Monocatenari (una sola cadena) Glúcid pentosa Desoxiribosa (manca un àtom d'oxigen al carboni 2') Ribosa (conté oxigen al carboni 2') Bases nitrogenades Adenina, Guanina, Citosina i Timina Adenina, Guanina, Citosina i Uracil Aparellament canònic A-T i C-G A-U i C-G Procés de replicació semiconservativa de l'ADN Abans que una cèl·lula es divideixi, ha de duplicar el seu material genètic perquè cada cèl·lula filla en rebi una còpia íntegra.

Aquest mecanisme rep el nom de replicació semiconservativa: en finalitzar, cadascuna de les dues noves dobles hèlixs conserva una cadena provinent de la molècula mare original i incorpora una cadena acabada de sintetitzar. El procés es desenvolupa a través d'etapes coordinades per enzims específics (proteïnes que actuen com a biocatalitzadors accelerant la transformació de substrats en productes): Separació de cadenes: l'enzim helicasa trenca els ponts d'hidrogen i obre la doble hèlix d'ADN maternal. 1 Psicobiologia: Gens, Epigenètica i Comportament 6 COMPROVA-HO 3 Quina funció té l'helicasa i per què la replicació de l'ADN s'anomena semiconservativa?

Divisió cel·lular: mitosi i meiosi Abans d'entrar en qualsevol divisió cel·lular es produeix la replicació de l'ADN, passant de 46 molècules inicials a 92. Aquestes molècules es compacten donant lloc a cromosomes formats per dues cromàtides germanes. Tot i compartir aquest pas inicial, la mitosi i la meiosi tenen funcionalitats biològiques i dinàmiques cromosòmiques molt diferents.

Criteri Mitosi Meiosi Nombre de divisions Una divisió cel·lular Dues divisions cel·lulars consecutives Cèl·lula de partida Somàtica diploide (2n) Germinal diploide (2n, a les gònades) Cèl·lules resultants Dues cèl·lules diploides (2n) Quatre cèl·lules haploides (n, gàmetes) Comportament cromosòmic Alineament de cromosomes a l'equador i separació de cromàtides germanes Aparellament d'homòlegs a la meiosi I; separació de cromàtides a la meiosi II sense duplicació prèvia d'ADN Variabilitat genètica Genera cèl·lules idèntiques a la cèl·lula original Genera cèl·lules diferents entre si i respecte a la cèl·lula inicial Pel que fa al flux d'informació molecular des d'aquests gens cap a la maquinària cel·lular, l'ADN es transcriu a ARN i aquest es tradueix a proteïnes (vegeu «Gens i genoma — Expressió gènica, codi genètic i mutacions»).

Síntesi de cadenes noves: l'enzim ADN polimerasa llegeix les cadenes motlle i afegeix nous nucleòtids complementaris seguint la pauta A-T i C-G. 2 Asimetria de replicació: una cadena es replica de manera contínua, mentre que l'altra cadena complementària es construeix de forma discontínua en fragments petits. 3 Finalització: s'obtenen dues molècules d'ADN idèntiques entre si, cadascuna formada per una cadena mare i una cadena filla. 4 Psicobiologia: Gens, Epigenètica i Comportament 7 Esquema del dogma central: replicació de l'ADN, transcripció a ARN i traducció.

Mecanismes de generació de variabilitat genètica a la meiosi La meiosi és la principal font de diversitat genètica en els organismes amb reproducció sexual. Aquesta variabilitat es genera fonamentalment a través de dos mecanismes citogenètics: Entcreuament i recombinació (crossing over): durant la primera divisió meiòtica, els cromosomes homòlegs s'aparellen íntimament mitjançant proteïnes d'unió. Enzims de recombinació específics tallen les cadenes de les cromàtides paternes i maternes i les intercanvien entre si, barrejant segments d'ADN homòleg.

Segregació a l'atzar: els cromosomes homòlegs i les seves cromàtides es distribueixen de manera aleatòria cap als pols cel·lulars en les divisions meiòtiques. Aquest assortiment independent pot generar un nombre de combinacions possibles igual a , on correspon al nombre de parells de cromosomes homòlegs. COMPROVA-HO 4 Quins són els dos mecanismes meiòtics responsables de la diversitat genètica en els gàmetes? IDEES CLAU Un gen és una unió de seqüències genòmiques que codifiquen per a productes moleculars funcionals. La plasticitat fenotípica comprèn la norma de reacció contínua i el polifenisme discontinu.

L'ADN conté desoxiribosa i timina en doble hèlix, mentre que l'ARN té ribosa i uracil en cadena simple. La replicació és semiconservativa i requereix l'acció concertada de l'helicasa i l'ADN polimerasa. La mitosi manté la dotació diploide amb cèl·lules idèntiques; la meiosi redueix la dotació a haploide i produeix variabilitat genètica. 2n n Psicobiologia: Gens, Epigenètica i Comportament 8 COMPROVA EL QUE HAS APRÈS 5. En què es diferencia químicament la pentosa de l'ADN de la de l'ARN? 6. Quantes combinacions cromosòmiques independents es poden originar per segregació a l'atzar durant la meiosi en funció del nombre de parells homòlegs?

GENS I GENOMA 2 Expressió gènica, codi genètic i mutacions EN ACABAR SABRÀS Descriure el mecanisme de transcripció i traducció del dogma central molecular. Distingir les propietats essencials del codi genètic i interpretar la seva degeneració. Classificar els efectes de les mutacions gèniques puntuals sobre la síntesi proteica. Diferenciar aneuploïdies d'euploïdies i explicar la distribució de l'ADN en el genoma humà. PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 7 Com pot ser que una mutació que canvia una base de l'ADN no tingui absolutament cap efecte sobre la proteïna resultant?

El dogma central i el flux de la informació genètica La informació genètica emmagatzemada en l'ADN conté les instruccions per sintetitzar proteïnes. L'alfabet de quatre lletres dels nucleòtids es converteix en l'alfabet de 20 aminoàcids que componen les cadenes polipeptídiques. Aquest flux unidireccional segueix dues etapes fonamentals: Transcripció: Procés mitjançant el qual una seqüència d'ADN es copia en una molècula d'ARN missatger (ARNm). La còpia es realitza prenent com a motlle la cadena antisentit d'ADN, generant un ARNm equivalent a la cadena sentit. L'ARNm transporta el missatge genètic des del nucli fins al citoplasma.

1 Traducció: Procés en què la seqüència de l'ARNm es descodifica als ribosomes per acoblar els aminoàcids en una seqüència proteica determinada. 2 Psicobiologia: Gens, Epigenètica i Comportament 9 PROCÉS Dogma central de la genètica molecular En la síntesi participen tres modalitats essencials d'àcid ribonucleic: ARNm (missatger): Conté la còpia complementària de la informació gènica dividida en triplets o codons. ARNr (ribosòmic): S'acobla a proteïnes específiques per constituir els ribosomes, estructures cel·lulars on té lloc la lectura i la síntesi proteica. ARNt (de transferència): Porta unit un aminoàcid específic en un extrem i conté un triplet de bases anomenat anticodó a l'altre.

L'anticodó s'emparella de manera complementària amb el codó corresponent de l'ARNm. La unió entre l'ARNt i l'aminoàcid requereix enzims específics. COMPROVA-HO 8 Quina és la funció de la cadena antisentit durant la transcripció? Característiques del codi genètic El codi genètic és el conjunt de regles mitjançant les quals la informació en forma de nucleòtids es tradueix en aminoàcids. La unitat bàsica de codificació és el codó, format per tres nucleòtids d'ARN consecutius que determinen un aminoàcid específic. ADN de doble cadena Conté la informació gènica emmagatzemada en seqüències nucleotídiques. 1 Transcripció Còpia de la cadena antisentit d'ADN a una molècula d'ARNm.

2 ARN missatger Transporta els codons fora del nucli cel·lular cap als ribosomes. 3 Traducció als ribosomes Acoblament d'aminoàcids mitjançant l'aparellament de codó i anticodó. 4 Cadena de proteïna Seqüència polipeptídica final amb activitat biològica. 5 Psicobiologia: Gens, Epigenètica i Comportament 10 Taula del codi genètic amb els 64 codons possibles. Aquest llenguatge biològic presenta propietats particulars: Organitzat en triplets: Es llegeix en grups de tres bases (codons), generant un total de combinacions possibles per a 20 aminoàcids. Seqüencial i no encavalcat: La lectura avança nucleòtid a nucleòtid en blocs de tres, sense que cap base pertanyi a dos codons alhora.

Degenerat: La majoria d'aminoàcids estan codificats per més d'un triplet diferent. No ambigu: Cada codó codifica exclusivament un únic aminoàcid. Senyals d'inici i aturada: El codó AUG codifica metionina i funciona com a senyal d'inici. Els triplets UAA, UAG i UGA no codifiquen cap aminoàcid i actuen com a senyals de finalització (stop o codons sense sentit). Universal: Tots els éssers vius comparteixen les mateixes equivalències de codons, amb escasses excepcions com certs triplets a l'ADN mitocondrial. COMPROVA-HO 9 Per què es diu que el codi genètic és degenerat però no ambigu?

Mutacions: origen i classificació segons la línia cel·lular Una mutació és qualsevol canvi permanent en la seqüència de l'ADN que no prové de la recombinació ni de la segregació independent durant la divisió meòtica (vegeu «Gens i genoma — Estructura de l'ADN, replicació i cicle cel·lular»). S'originen a l'atzar, bé per errors espontanis durant la replicació o 4 = 3 64 Psicobiologia: Gens, Epigenètica i Comportament 11 reparació cel·lular, o bé per l'acció d'agents mutàgens (físics com la radiació ultraviolada i radiacions ionitzants; químics com l'àcid nitrós, benzè i bromur d'etidi; o biològics com certs virus i bacteris).

ESQUEMA Tipus de mutacions en el material genètic Segons el tipus de cèl·lules on es produeixen, distingim: Mutacions somàtiques: Tenen lloc a les cèl·lules del cos durant la mitosi. Poden causar mosaicisme somàtic, càncer o envelliment prematur. No es transmeten a la descendència. Mutacions germinals: Es produeixen a les gònades i afecten els gàmetes. S'hereten a les següents generacions i constitueixen la font primària de variabilitat sobre la qual actua la selecció natural. Poden ser favorables (augmenten la supervivència o reproducció), desfavorables (en redueixen l'èxit) o neutres (invisibles per a la selecció natural).

COMPROVA-HO 10 Pot transmetre's a la descendència una mutació que ha originat un tumor cutani per exposició a radiació UV? Mutacions gèniques puntuals i canvis en la pauta de lectura Una mutació gènica afecta exclusivament un o molt pocs parells de bases d'un gen determinat. Es classifiquen en: Substitucions: Canvi d'una base nitrogenada per una altra. Es divideixen en: Transicions: Intercanvi d'una purina per una altra (A G) o d'una pirimidina per una altra (T C). Transversions: Intercanvi entre una purina i una pirimidina (A o G T o C). Insercions: Addició d'un o més parells de bases a la seqüència original. Delecions: Pèrdua d'un o més nucleòtids.

Mutacions segons cèl·lula Classificació segons el teixit afectat Mutacions somàtiques Afecten cèl·lules del cos, no s'hereten Mutacions germinals Afecten gàmetes i passen a la descendència Mutacions segons escala Classificació per quantitat d'ADN afectat Mutacions gèniques Canvis puntuals en un o pocs parells de bases Mutacions cromosòmiques Alteracions de grans blocs o de la dotació cromosòmica Psicobiologia: Gens, Epigenètica i Comportament 12 L'addició o deleció d'un nombre de bases que no sigui múltiple de tres provoca un desplaçament de la pauta de lectura (frameshift), alterant tots els triplets situats a partir del punt de la mutació i generant sovint una proteïna no funcional.

Tipus de mutació per substitució Canvi molecular en el codó Conseqüència en la proteïna Silenciosa El nou triplet codifica el mateix aminoàcid degut a la degeneració del codi. La seqüència d'aminoàcids i la funció proteica romanen intactes. Errònia (missense) El codó resultant codifica un aminoàcid funcionalment diferent. Modificació de la cadena; pot alterar l'activitat o estabilitat de la proteïna. Neutral El codó codifica un aminoàcid diferent però químicament equivalent. No afecta de manera apreciable l'activitat biològica de la proteïna. Sense sentit (nonsense) Transforma un codó d'aminoàcid en un codó d'aturada prematura (stop).

Truncament de la proteïna, que queda escurçada i sol perdre la seva funció. ERROR FREQÜENT Confondre una mutació silenciosa amb una mutació neutral. A la silenciosa, el codó canvia però l'aminoàcid inserit és exactament el mateix gràcies a la redundància del codi. A la neutral, l'aminoàcid canvia per un altre de diferent, però les seves propietats químiques no alteren la funció de la proteïna. COMPROVA-HO 11 Quina conseqüència té la inserció d'un sol parell de bases a l'interior d'un exó? Alteracions cromosòmiques: numèriques i estructurals Quan la modificació implica fragments cromosòmics grans o el complement cromosòmic complet, es tracta de mutacions cromosòmiques.

Psicobiologia: Gens, Epigenètica i Comportament 13 Esquema resum de les anomalies cromosòmiques numèriques i estructurals. Mutacions genòmiques o numèriques Afecten la quantitat total de cromosomes de la cèl·lula: Aneuploïdies: Pèrdua o guany d'un cromosoma aïllat respecte a la dotació normal ( , ). Sorgeixen principalment per errors de no-disjunció durant la meiosi. Per evitar-ho, les cèl·lules disposen de punts de control (checkpoints), que verifiquen el correcte acoblament cromosòmic abans d'avançar de fase; si fallen, apareix l'aneuploïdia. Inclouen: Monosomies: Mancança d'un cromosoma del parell ( ), com la síndrome de Turner.

Trisomies: Presència d'un cromosoma addicional ( ), com la síndrome de Down, síndrome d'Edwards, síndrome de Patau, síndrome de Klinefelter, síndrome del triple X i síndrome del doble Y. Euploïdies (poliploidies): Afecten el joc complet de cromosomes ( , ). En humans, aquestes alteracions no són viables. Mutacions estructurals Comporten reordenacions de regions àmplies d'un cromosoma degudes a entrecreuaments desiguals, variacions en el nombre de còpies o activitat d'elements transposibles (transposons).

Inclouen delecions (com a la síndrome del miol de gat), anells, isocromosomes, inversions, translocacions recíproques (com a la leucèmia promielocítica), translocacions robertsonianes (com en determinats casos de síndrome de Down), inestabilitat cromosòmica (ataxa-telangectàsia) i zones de fragilitat (síndrome de l'X fràgil). COMPROVA-HO 12 Com intervenen els checkpoints cel·lulars en l'origen de les aneuploïdies? 2n + 1 2n 1 2n 1 2n + 1 3n 4n Psicobiologia: Gens, Epigenètica i Comportament 14 Arquitectura del genoma humà i variabilitat nucleotídica El genoma és el conjunt total d'informació genètica present als cromosomes d'un organisme.

PER RECORDAR-HO La complexitat biològica d'una espècie no depèn de la mida del genoma ni del nombre total de gens. Molts organismes simples tenen genomes molt més grans que el nostre. Les característiques principals de l'estructura del genoma humà són: Mida i contingut gènic: El genoma humà haploide conté aproximadament 3.000 milions de parells de bases i uns 20.000 gens codificadors. Malgrat aquesta xifra, es produeix una diversitat molt superior de proteïnes que de gens. Proporció d'ADN codificant: Menys del 2% de l'ADN humà codifica directament per a proteïnes (exons). ADN no codificant: Representa més del 95% de la seqüència total.

Aquest conjunt inclou els introns (regions no codificants situades a l'interior dels gens que codifiquen proteïnes), l'ADN intergènic (seqüències espaiadores que no es transcriuen) i seqüències que codifiquen per a ARNs no missatgers (com ARNt o ARNr). La complexitat biològica podria correlacionar més estretament amb la proporció d'ADN no codificant que amb el nombre absolut de gens. Pel que fa a la variació genètica entre individus de la nostra espècie, la divergència en la seqüència és només del 0,1% al 0,6% dels parells de bases.

Aquesta variabilitat es concentra majoritàriament en les regions no codificants i es manifesta a través de: Polimorfismes d'un sol nucleòtid (SNP): Canvis en una única base de la seqüència d'ADN. Són la forma més habitual de variació entre persones. Seqüències repetides: Variacions en la longitud de repeticions en tàndem (com els microsatèl·lits) o elements mòbils dispersos com els elements Alu. Petites insercions, delecions i inversions: Reordenaments de pocs nucleòtids, molt menys freqüents que els SNP. COMPROVA-HO 13 Quina diferència estructural hi ha entre un intró i l'ADN intergènic?

Psicobiologia: Gens, Epigenètica i Comportament 15 IDEES CLAU La transcripció copia l'ADN antisentit en ARNm, i la traducció als ribosomes descodifica els codons d'ARNm amb l'ajuda de l'ARNt i els seus anticodons. El codi genètic és degenerat, no ambigu, universal i s'organitza en triplets sense encavalcament. Les mutacions puntuals poden ser substitucions (transicions o transversions), insercions o delecions, amb efectes silenciosos, erronis, neutrals o sense sentit. Les aneuploïdies impliquen la pèrdua o guany de cromosomes aïllats per fallades en els checkpoints de la meiosi, mentre que les euploïdies afecten jocs complets.

Menys del 2% del genoma humà haploide (d'uns 3.000 milions de parells de bases i 20.000 gens) codifica proteïnes; la variabilitat interindividual és de només el 0,1% al 0,6%, liderada pels SNP. COMPROVA EL QUE HAS APRÈS 14. En què es diferencia una transició d'una transversió a nivell de bases nitrogenades? 15. Quin impacte fenotípic té una mutació de tipus sense sentit (nonsense) sobre la proteïna resultant? 16. Com es distribueix l'ADN no codificant en el genoma humà? Test Encercla la resposta correcta. Les solucions són al final. 17. Com s'anomena la capacitat d'un genotip de generar múltiples fenotips segons l'ambient? 18. Quina base nitrogenada és exclusiva de l'ARN respecte de l'ADN?

19. Quin enzim és responsable d'obrir les dues cadenes d'ADN durant la replicació? 20. Quin és el producte cel·lular característic al final de la meiosi? Segregació independent a) Polimorfisme nucleotídic b) Plasticitat fenotípica c) Recombinació meiòtica d) Timina a) Uracil b) Citosina c) Guanina d) Helicasa a) Lligasa b) ARN polimerasa c) ADN polimerasa d) Dues cèl·lules somàtiques diploides a) Dues cèl·lules filles idèntiques b) Quatre cèl·lules diploides recombinades c) Quatre gàmetes haploides diferents d) Psicobiologia: Gens, Epigenètica i Comportament 16 21. Quin tipus de mutació puntual genera un codó d'aturada prematur en lloc d'un aminoàcid? 22.

Quina propietat del codi genètic indica que un mateix aminoàcid té diversos triplets assignats? 23. Com s'anomena la mutació numèrica que implica un cromosoma aïllat de més o de menys? 24. Quina proporció del genoma humà correspon aproximadament a seqüències que codifiquen proteïnes (exons)?

Mutació errònia a) Mutació neutral b) Mutació sense sentit c) Mutació silenciosa d) Universalitat a) Seqüencialitat b) No ambigüitat c) Degeneració d) Aneuploïdia a) Translocació b) Euploïdia c) Inversió d) Al voltant del 50% a) Menys del 2% b) Aproximadament un 20% c) Més del 95% d) Psicobiologia: Gens, Epigenètica i Comportament 17 3 Nivells de regulació de l'expressió gènica i marques cromatíniques EN ACABAR SABRÀS Distingir els quatre nivells temporals de control de l'expressió gènica cel·lular. Explicar com els factors de transcripció regulen l'activació o el silenciament gènic. Diferenciar els efectes de la metilació de l'ADN i l'acetilació d'histones sobre la cromatina.

Descriure el paper de l'ARN d'interferència i el Projecte ENCODE en la regulació epigenètica. PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 25 Si totes les cèl·lules del nostre cos comparteixen exactament el mateix ADN, com pot ser que una neurona funcioni de manera tan diferent a una cèl·lula de la pell? Totes les cèl·lules d'un mateix organisme contenen la mateixa informació genètica procedent del zigot primigeni. No obstant això, una neurona i una cèl·lula hepàtica realitzen tasques completament divergents gràcies a la diferenciació cel·lular, guiada per mecanismes precisos de control de l'expressió gènica.

Epigenètica 3 Nivells de regulació de l'expressió gènica i marques cromatíniques 4 Impronta genòmica, reprogramació i impacte psicobiològic Psicobiologia: Gens, Epigenètica i Comportament 18 ESQUEMA Organització del tema d'Epigenètica Diferenciació cel·lular i especificitat de l'expressió al cervell Malgrat compartir una seqüència idèntica d'ADN, cada llinatge cel·lular activa o silencia diferents conjunts de gens segons el seu destí biològic i el moment del cicle vital. El conjunt de molècules d'ARN transcrites en un teixit s'anomena transcriptoma. L'estudi dels transcriptomes cerebrals permet reconstruir com evoluciona la transcripció al llarg del cicle vital humà.

Les dades mostren una gran complexitat: Aproximadament el 80% dels gens del genoma s'expressen en el cervell humà. Menys del 5% d'aquests gens són completament exclusius del teixit neural. Aquesta organització indica que la singularitat de la funció cerebral prové més de patrons fins de regulació i combinació de xarxes gèniques que no pas de l'existència d'un catàleg gènic totalment exclusiu.

Nivells de regulació Controls transcripcional a post- traduccional Marques cromatíniques Metilació d'ADN i modificació d'histones ncRNA i ENCODE ARN no codificant d'interferència i catàleg Impronta i reprogramació Herència epigenètica i impacte conductual Psicobiologia: Gens, Epigenètica i Comportament 19 Esquema de l'efecte de substàncies en l'expressió gènica i circuits cerebrals. L'ambient modula constantment aquesta expressió. Substàncies com l'alcohol, la nicotina o la cocaïna indueixen alteracions en gens clau per a les vies de transducció cel·lular. Aquests canvis modifiquen circuits cerebrals (com l'escorça prefrontal o el nucli accumbens) i transformen progressivament la conducta.

Nivells de regulació de l'expressió gènica La cèl·lula no manté tots els gens actius al mateix temps. Ajustar la quantitat de proteïna requereix controls temporals i moleculars ben delimitats en quatre nivells successius: Nivell de control Mecanisme principal Objectiu funcional 1. Transcripcional Control d'inici, moment i taxa de còpia d'ADN a ARN Evitar la síntesi d'ARN innecessari 2. Post- transcripcional Processament de l'ARN primari, transport i estabilitat (vida mitjana) Generar isoformes diferents i modular la durada del missatge 3. Traduccional Regulació de la velocitat i del nombre de rondes de traducció del missatger Ajustar la quantitat de cadenes polipeptídiques produïdes 4.

Post- traduccional Modificacions químiques (plegament, fosforilació, tall enzimàtic) Activar o desactivar funcionalment les proteïnes ja formades Quan una proteïna resulta vital, la cèl·lula acostuma a mantenir-la sintetitzada per activar-la o inhibir-la ràpidament segons les necessitats. En canvi, si una funció ja no és requerida, el tall més econòmic i eficient es produeix al nivell més precoç possible: la transcripció. Psicobiologia: Gens, Epigenètica i Comportament 20 COMPROVA-HO 26 Què resulta més eficient energèticament quan una cèl·lula ja no necessita una proteïna durant un llarg període?

Control transcripcional: regions gèniques i factors de transcripció La regulació transcripcional determina la decisió primària de transcriure o no un gen a ARN segons l'estat cel·lular. Diagrama de l'estructura d'un gen amb regions reguladora i estructural. Els gens contenen segments especialitzats: una regió reguladora que decideix les condicions d'activació («com, quan i on»), una porció estructural que codifica el missatge proteic («què») i un senyal de poliadenilació que en marca la finalització.

Aquest procés està orquestrat per factors de transcripció, proteïnes reguladores especialitzades que es divideixen en diferents tipus: Factors basals: s'uneixen al promotor basal i són imprescindibles perquè l'ARN polimerasa comenci la còpia. Activadors: proteïnes que s'acoblen a seqüències intensificadores (enhancers) per disparar la taxa de transcripció. Repressors: s'uneixen a seqüències silenciadores (silencers) i bloquegen la maquinària de transcripció. Coactivadors i correpressors: medien la comunicació entre els activadors/repressors i el complex basal sense unir-se necessàriament de forma directa a l'ADN.

Un únic factor de transcripció pot modular múltiples gens de forma simultània (estimulant-ne uns i reprimint-ne altres). A més, molts d'aquests factors es troben altament conservats al llarg de l'evolució entre espècies filogenèticament distants. Psicobiologia: Gens, Epigenètica i Comportament 21 Esquema del processament alternatiu del transcrit primari de calcitonina i CGRP. Després de la transcripció primària, té lloc el processament de l'ARN.

Tal com s'exemplifica amb el gen de la calcitonina/CGRP, un mateix transcrit primari pot patir talls i empalmamens diferencials segons el teixit: origina calcitonina a la tiroide o bé el pèptid relacionat amb el gen de la calcitonina (CGRP) a l'encèfal (vegeu «Gens i genoma — Expressió gènica, codi genètic i mutacions»). Epigenètica i marques cromatíniques pre-transcripcionals DEFINICIÓ L'epigenètica comprèn els mecanismes no genètics que modifiquen l'expressió dels gens i determinen el fenotip sense alterar la seqüència nucleotídica de l'ADN. La regulació epigenètica actua de forma pre-transcripcional sobre l'estructura física de la cromatina.

Les marques epigenètiques són reversibles, sensibles a les experiències de l'entorn i es poden transmetre mitòticament d'una cèl·lula a les seves filles. Els dos mecanismes químics principals de modificació de la cromatina són: Metilació de l'ADN: afegiment de grups metil directament sobre les bases de citosina en regions riques en dinucleòtids (illes CpG). La metilació impedeix generalment la transcripció genètica, tant blocant directament la unió de factors de transcripció com afavorint la condensació de la cromatina per barrar el pas a l'ARN polimerasa. 1 Modificació d'histones: canvis químics a les cues de les proteïnes al voltant de les quals s'enrotlla l'ADN.

L'acetilació d'histones redueix la compactació, descondensa la fibra i facilita l'accés transcripcional. En canvi, la metilació d'histones sol associar-se amb una major condensació i repressió gènica.

2 Psicobiologia: Gens, Epigenètica i Comportament 22 CAUSES I CONSEQÜÈNCIES Acetilació d'histones Debilita la unió histona-ADN Metilació de citosines Compacta l'ADN en illes CpG Mecanismes epigenètics sobre la cromatina Cromatina oberta Accés lliure per a la transcripció Cromatina condensada Silenciament del gen per bloqueig Existeix una forta interacció creuada entre ambdues marques: la metilació de les histones estimula la metilació de l'ADN, mentre que l'ADN metilat atreu enzims que eliminen els grups acetil de les histones (desacetilació), consolidant el silenciament. PER RECORDAR-HO Acetilació comença per A d'Activació (cromatina oberta i accessible).

Metilació sobre l'ADN comença per M de Mut (gen silenciat i compactat). ERROR FREQÜENT Confondre un canvi epigenètic amb una mutació és un error greu d'examen. Les marques epigenètiques no canvien ni una sola lletra (A, T, C, G) de la seqüència primària; només regulen si el gen és físicament accessible per ser transcrit. ARN no codificant d'interferència i el Projecte ENCODE Més enllà de les marques químiques, l'ARN d'interferència o ARN no codificant (ncRNA) prové de regions cromosòmiques que no codifiquen proteïnes. Aquests transcrits funcionals poden induir alteracions en l'estructura de la cromatina i silenciar l'activitat de gens diana concrets.

Un exemple de regulació per ncRNA és el gen Xist, que recobreix i silencia el cromosoma X excedent en condicions d'aneuploïdia com el síndrome triple X (47, XXX) o la síndrome de Klinefelter (47, XXY) per garantir que només quedi una còpia funcional activa (vegeu «Epigenètica — Impronta genòmica, reprogramació i impacte psicobiològic»). Per catalogar i comprendre de manera sistemàtica aquest univers regulador, el Projecte ENCODE funciona com una gran enciclopèdia genòmica dedicada a mapejar l'impacte biològic de les metilacions de l'ADN, les modificacions d'histones i els elements no codificants del genoma humà.

Funcions i implicacions biomèdiques de l'epigenoma Les marques epigenètiques són indispensables en processos fisiològics com la diferenciació cel·lular, la memòria i l'aprenentatge, el dimorfisme sexual, la funció dels limfòcits T i la immobilització d'elements genètics mòbils (transposons i retrovirus endògens). Tanmateix, la desregulació epigenètica s'associa a patologies com el càncer (mitjançant el silenciament de gens supressors de tumors o l'activació anòmala d'oncògens promotors del creixement), l'envelliment i trastorns del sistema nerviós central (com l'Alzheimer, l'esquizofrènia, el trastorn bipolar i Psicobiologia: Gens, Epigenètica i Comportament 23 l'autisme).

Com que les marques epigenètiques són reversibles, representen una diana terapèutica de primer ordre mitjançant fàrmacs com els inhibidors de l'ADN metiltransferasa i els inhibidors de la histona deacetilasa. COMPROVA-HO 27 Quin efecte terapèutic busca un fàrmac inhibidor de la histona deacetilasa en una cèl·lula tumoral? IDEES CLAU La diferenciació cel·lular depèn de l'expressió gènica diferencial a partir d'un genoma idèntic en totes les cèl·lules. Al cervell s'expressa el 80% dels gens del genoma, però menys del 5% són exclusius del teixit neural. L'expressió gènica es regula en quatre nivells: transcripcional, post-transcripcional, traduccional i post-traduccional.

L'epigenètica modifica l'activitat transcripcional de la cromatina sense alterar la seqüència de nucleòtids de l'ADN. La metilació de citosines compacta la cromatina i reprimeix la transcripció, mentre que l'acetilació d'histones la descondensa i l'activa. COMPROVA EL QUE HAS APRÈS 28. En quins residus nucleotídics concrets es produeix la metilació de l'ADN i quina és la seva conseqüència habitual? 29. Com influeixen de manera coordinada les modificacions d'histones i la metilació de l'ADN en el silenciament gènic?

Psicobiologia: Gens, Epigenètica i Comportament 24 EPIGENÈTICA 4 Impronta genòmica, reprogramació i impacte psicobiològic EN ACABAR SABRÀS Descriure el mecanisme d'inactivació del cromosoma X mediada pel gen Xist en síndromes cromosòmiques. Explicar com les cures maternes modulen la metilació del gen GR a l'hipocamp i la resposta a l'estrès. Explicar l'abast de l'impacte ambiental sobre les generacions F0, F1 i les cèl·lules reproductives F2. Analitzar la teoria del conflicte parental en el control del creixement embrionari i cerebral. PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 30 Per què els mamífers expressen determinats gens només de la mare o només del pare si tenen dues còpies funcionals?

Funcions biològiques de la regulació epigenètica i compensació de dosi La regulació epigenètica controla l'activitat genòmica sense alterar la seqüència de nucleòtids (vegeu «Epigenètica — Nivells de regulació de l'expressió gènica i marques cromatíniques»). Aquest control permet processos fonamentals com la diferenciació cel·lular, l'estabilització cromatínica al centròmer, el silenciament d'ADN forà i la immobilització d'elements mòbils com retrovirus endògens, transposons i ADN satèl·lit. També governa la funció dels limfòcits T, l'establiment del dimorfisme sexual, les diferències fenotípiques entre bessons idèntics i els processos neurobiològics de memòria i aprenentatge.

Un dels mecanismes epigenètics més rellevants en mamífers és la inactivació del cromosoma X. Les femelles tenen dos cromosomes X ( ) i els mascles un de sol ( ). Per aconseguir una compensació de dosi gènica equivalent entre sexes, les cèl·lules femenines silencien transcripcionalment un dels dos cromosomes X. Aquest procés està orquestrat pel transcrit d'ARN no codificant Xist, el qual recobreix físicament el cromosoma X seleccionat i n'indueix la condensació massiva en heterocromatina inactiva.

La maquinària de silenciat epigenètic actua també davant d'alteracions en el nombre de cromosomes sexuals: Síndrome de triple X ( ): Per evitar un excés letal de dosi gènica, el sistema epigenètic inactiva dos dels tres cromosomes X mitjançant el recobriment d'Xist. Així, només queda un únic cromosoma X transcripcionalment actiu, fet que permet mantenir una funcionalitat cel·lular relativament normal.

Síndrome de Klinefelter ( ): Malgrat que es produeix la inactivació d'un dels cromosomes X per compensar la dosi respecte al genoma masculí habitual, el procés de silenciament no 46, XX 46, XY 47, XXX 47, XXY Psicobiologia: Gens, Epigenètica i Comportament 25 neutralitza completament tot el desequilibri gènic de la trisomia, causant alteracions fenotípiques i reproductives. COMPROVA-HO 31 Com garanteix el gen Xist la viabilitat cel·lular en dones amb cariotip 47,XXX?

Alteracions epigenètiques en patologia humana i dianes terapèutiques Quan els patrons d'afegiment o eliminació de marques químiques fallen, es produeix una desregulació epigenètica lligada a l'envelliment cel·lular, la inestabilitat genòmica i trastorns neuropsiquiàtrics com l'esquizofrènia, el trastorn bipolar, l'autisme i la malaltia d'Alzheimer. En l'oncogènesi, les fallades epigenètiques representen una via directa cap a la transformació maligna a través de dos mecanismes principals: Grup farmacològic Mecanisme d'acció epigenètica Objectiu terapèutic en patologia Inhibidors de l'ADN metiltransferasa Bloquegen els enzims que transfereixen grups metil a les citosines de l'ADN.

Reactivar l'expressió de gens supressors de tumors silenciats anòmalament en càncer. Inhibidors de la histona deacetilasa Impedeixen la retirada de grups acetil de les cues de les histones. Mantenir la cromatina descondensada i oberta per permetre la transcripció de gens reparadors. ERROR FREQÜENT Confondre l'acció dels fàrmacs epigenètics: els inhibidors de la histona deacetilasa no tanquen la cromatina, sinó que eviten que es tanqui. En impedir la retirada d'acetils, mantenen les histones acetilades i la cromatina accessible a la maquinària de transcripció.

Efectes parentals, nutrició i neurobiologia de l'estrès El fenotip d'un organisme no depèn exclusivament de la seqüència d'ADN que hereta, sinó també de les condicions ambientals i de l'estat fenotípic dels progenitors. L'ambient modula l'epigenoma a través d'efectes maternals adaptatius: Hipòtesi del fenotip estalviador: Si un fetus es desenvolupa sota malnutrició materna, adapta el desenvolupament dels seus òrgans i adopta modificacions metabòliques permanents. Aquestes estratègies maximitzen la supervivència postnatal en entorns d'escassetat d'aliments, tot i que predisposen a malalties metabòliques si l'ambient posterior és abundant.

Silenciament de gens supressors de tumors: La hipermetilació aberrant de regions promotores impedeix la transcripció de proteïnes encarregades de frenar el cicle cel·lular o reparar danys a l'ADN, fet que condueix a la proliferació descontrolada de cèl·lules danyades. 1 Activació d'oncògens: La pèrdua de marques repressores o canvis en gens reguladors activa de forma anòmala seqüències que promouen el creixement i la supervivència cel·lular indiscriminada. 2 Psicobiologia: Gens, Epigenètica i Comportament 26 Model del gen Agouti en ratolins: La dieta i l'aportació de donants de metil modifiquen l'expressió del gen Agouti.

La seva proteïna bloqueja el receptor de l'hormona estimulant dels melanòcits (MSH). Quan aquest gen pateix una pèrdua de silenciament epigenètic, els ratolins desenvolupen un pelatge de color groc i una tendència severa a l'obesitat. En l'àmbit psicobiològic, les primeres etapes del desenvolupament són extremadament sensibles a la criança. La manca de cures maternes adequades provoca un increment directe en els nivells de metilació del promotor del gen del receptor de glucocorticoides (GR) a l'hipocamp. Aquesta metilació bloqueja la seva transcripció, reduint el nombre total de receptors GR disponibles.

La disminució de receptors GR a l'hipocamp redueix la sensibilitat al cortisol, debilitant el mecanisme de retroalimentació negativa de l'eix de l'estrès. Com a resultat, els individus presenten respostes fisiològiques i conductuals exagerades davant l'estrès que persisteixen tota la vida adulta. En humans, l'estrès prenatal i l'exposició precoç a l'adversitat augmenten el risc de manifestar ansietat, depressió, trastorn per dèficit d'atenció amb hiperactivitat (TDAH), autisme i esquizofrènia. COMPROVA-HO 32 Quin efecte molecular produeix la manca de cures maternes en el cervell de les cries?

Herència transgeneracional i reprogramació epigenètica Els impactes ambientals sobre l'epigenoma poden transcendir la vida de l'organisme exposat. Perquè un canvi es transmeti a generacions successives sense alterar la seqüència d'ADN, les marques epigenètiques han de quedar fixades en les cèl·lules de la línia germinal. Cal diferenciar l'abast dels canvis quan l'exposició ocorre durant la gestació en una femella de mamífer. L'impacte ambiental afecta directament tres nivells simultàniament: PROCÉS Exposició biològica a l'estrès ambiental en una femella gestant 1 Generació F0 Femella gestant exposada directament a l'ambient advers.

2 Generació F1 Fetus que rep les alteracions bioquímiques intrauterines. 3 Generació F2 Cèl·lules germinals formades a l'interior del fetus F1. La reprogramació epigenètica s'encarrega de reiniciar l'epigenoma de l'embrió perquè pugui desenvolupar i formar cada tipus cel·lular de l'organisme. Generació F0: La mare gestant que rep directament la influència de l'entorn. 1 Generació F1: El fetus en desenvolupament dins de l'úter matern, exposat de manera directa als senyals bioquímics i hormonals. 2 Generació F2: Les cèl·lules germinals precursores dels futurs gàmetes que s'estan formant a l'interior del fetus F1.

3 Psicobiologia: Gens, Epigenètica i Comportament 27 Així mateix, l'herència dependent de l'experiència pot presentar patrons conductuals directes: en models murins sotmesos a maltractament, les cries transmeten els patrons de conducta anòmala a la següent generació, manifestant-se tant en mascles com en femelles. Impronta genòmica i teoria del conflicte parental En el genoma diploide habitual, els dos al·lels heretats dels progenitors s'expressen conjuntament. No obstant això, determinats gens presenten impronta genòmica: un fenomen pel qual s'expressa exclusivament una de les dues còpies en funció de si prové del pare o de la mare.

El gen que no s'expressa roman silenciat epigenèticament mitjançant marques de metilació específiques (està «improntat»). En aquests loci, l'organisme esdevé funcionalment haploide. En l'espècie humana es coneixen al voltant de 150 gens amb impronta (aproximadament l'1 % del genoma), sovint agrupats en clústers cromosòmics definits. Aquestes marques d'impronta s'esborren i es restableixen de nou a la línia germinal de cada individu segons el seu propi sexe biològic durant la gametogènesi.

En el teixit cerebral, els gens amb impronta mostren patrons de distribució altament regionalitzats: Gens d'expressió materna: S'expressen preferentment en estructures relacionades amb les funcions cognitives superiors i el processament executiu, com el còrtex cerebral, l'hipocamp i l'estriat. Gens d'expressió paterna: S'expressen fonamentalment a l'hipotàlem, una regió clau en la regulació neuroendocrina, el balanç energètic, la supervivència bàsica i el comportament emocional primari. Aproximadament la meitat dels gens improntats regulen el creixement del fetus i de la placenta.

Aquest mecanisme és característic dels mamífers placentaris i marsupials, mentre que manca en la resta de vertebrats ovípars. En els animals que ponen ous, l'embrió depèn exclusivament dels nutrients emmagatzemats prèviament al rovell i no pot alterar la despesa de la mare durant la gestació. En canvi, en els mamífers, el fetus interactua activament amb els recursos materns a través de la placenta.

La teoria del conflicte parental planteja que la impronta genòmica és el resultat d'una cursa armamentística evolutiva entre els interessos genètics d'ambdós progenitors durant la gestació: Interès patern: El pare maximitza l'èxit evolutiu transmetent gens que acceleren la transferència de recursos materns cap al fetus actual. Per tant, els gens d'expressió paterna promouen activament el creixement agressiu de la placenta i de l'embrió. Interès matern: La mare necessita racionar els seus recursos per garantir la viabilitat de la gestació present sense hipotecar la seva pròpia supervivència ni la capacitat de mantenir gestacions futures.

Per això, els gens d'expressió materna restringeixen i moderen el creixement fetal. Psicobiologia: Gens, Epigenètica i Comportament 28 CAUSES I CONSEQÜÈNCIES Interès patern Assegurar la màxima transmissió i vigor de la descendència pròpia. Interès matern Superviure i reservar recursos metabòlics per a futures gestacions. Conflicte parental durant la gestació en mamífers Expressió de gens paterns Estimulen el creixement agressiu de la placenta i del fetus. Expressió de gens materns Restringeixen el creixement embrionari i controlen la despesa energètica. COMPROVA-HO 33 Per què la teoria del conflicte parental té sentit exclusivament en mamífers placentaris i marsupials?

IDEES CLAU La inactivació del cromosoma X en femelles està mediada per l'ARN no codificant Xist per igualar la dosi transcripcional entre sexes. El càncer sorgeix epigenèticament per la hipermetilació de gens supressors de tumors o per l'activació anòmala d'oncògens. L'estrès infantil i les carències maternes incrementen la metilació del gen del receptor de glucocorticoides (GR) a l'hipocamp, desregulant la resposta al cortisol. L'estrès durant la gestació afecta físicament de manera directa la mare (F0), el fetus (F1) i les cèl·lules germinals embrionàries (F2).

Els gens amb impronta materna s'expressen al còrtex, hipocamp i estriat, mentre que els d'impronta paterna s'expressen a l'hipotàlem. La teoria del conflicte parental en mamífers oposa els gens paterns (maximitzen el creixement fetal) als materns (conserven recursos per a futures gestacions). COMPROVA EL QUE HAS APRÈS 34. Quin paper té l'ARN Xist en les dones que presenten la síndrome de triple X (47,XXX)? 35. En quines regions cerebrals principals s'expressen els gens sotmesos a impronta paterna i materna? 36. Com explica la teoria del conflicte parental la funció dels gens paterns en el desenvolupament fetal?

Psicobiologia: Gens, Epigenètica i Comportament 29 Test Encercla la resposta correcta. Les solucions són al final. 37. Quin percentatge de gens s'expressen al cervell i quants en són exclusius? 38. A quina regió de l'ADN s'uneixen els factors de transcripció basals? 39. Quin canvi sobre la cromatina afavoreix l'expressió i transcripció gènica? 40. Com actua un inhibidor de l'ADN metiltransferasa utilitzat com a fàrmac? 41. Quin és el mecanisme molecular del gen Xist en la compensació de dosi gènica? 42. Què provoca la carència de cures maternes sobre el gen del receptor de glucocorticoides (GR)? 43.

Quines generacions estan exposades físicament quan una femella gestant pateix estrès ambiental?

Un 80% s'expressen i menys del 5% són exclusius a) Un 5% s'expressen i un 80% són exclusius b) El 50% s'expressen i el 50% són exclusius c) El 100% s'expressen i el 25% són exclusius d) Als exons estructurals a) Al senyal de poliadenilació b) A les seqüències silenciadores c) A la regió promotora d) Formació d'heterocromatina compactada a) Acetilació de les cues d'histones b) Deacetilació de les histones c) Metilació directa de les citosines d) Introdueix mutacions en la seqüència d'ADN a) Disminueix la metilació i reactiva gens b) Elimina els grups acetil de les histones c) Augmenta la compactació de la cromatina d) Sintetitza una proteïna histona acetiltransferasa a) Genera un ARN no codificant que recobreix l'X b) Repara les mutacions puntuals en els autosomes c) Metila directament els exons del cromosoma Y d) Desmetilació del promotor i augment de GR a) Duplicació cromosòmica del receptor a l'hipotàlem b) Acetilació massiva que bloqueja el cortisol c) Hipermetilació del promotor i reducció de GR d) F0, F1, F2 i la generació F3 a) Únicament la mare (F0) b) La mare (F0) i el fetus (F1) c) F0, el fetus (F1) i els gàmetes de F1 (F2) d) Psicobiologia: Gens, Epigenètica i Comportament 30 44.

Segons la teoria del conflicte parental, quina funció tenen els gens d'expressió materna en el fetus?

Frenar i conservar recursos per a futures gestacions a) Induir la inactivació completa del parell autosòmic b) Estimular un creixement fetal desmesurat c) Impedir la formació de membranes placentàries d) Psicobiologia: Gens, Epigenètica i Comportament 31 5 Lleis de Mendel i patrons de transmissió monogènica EN ACABAR SABRÀS Distingir les tres lleis de Mendel i les seves proporcions genotípiques i fenotípiques Analitzar diagrames d'arbres genealògics identificant els símbols de parentiu i afectació Diferenciar els patrons d'herència autosòmica dominant i recessiva en patologies humanes PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 45 Com és possible que dos progenitors completament sans tinguin un fill afectat per una malaltia genètica greu?

La transmissió de les característiques biològiques d'una generació a la següent constitueix la base de la variabilitat genètica. En els éssers humans, molts trets i patologies presenten una base hereditària. Alguns depenen directament d'un únic gen, mentre que les alteracions més complexes i freqüents, com l'obesitat o les cardiopaties, impliquen múltiples gens i factors ambientals.

Herència genètica 5 Lleis de Mendel i patrons de transmissió monogènica 6 Excepcions al mendelisme, herència sexual i no nuclear Psicobiologia: Gens, Epigenètica i Comportament 32 ESQUEMA Mecanismes de transmissió genètica de trets i patologies Bases conceptuals de l'experimentació mendeliana Gregor Mendel va abordar l'herència estudiant caràcters discrets o qualitatius, és a dir, trets clarament diferenciables sense formes intermèdies contínues, com ara les plantes altes davant de les baixes, les llavors verdes davant de les grogues, o la textura rugosa davant de la llisa.

Per analitzar el mecanisme de transmissió, va partir de línies pures (homozigots) que mantenien el mateix tret de manera constant al llarg de generacions successives. DEFINICIÓ Un al·lel és cadascuna de les formes alternatives que pot presentar un mateix gen. Atès que els organismes diploides contenen parells de cromosomes homòlegs (un heretat per via materna i un altre per via paterna), cada cèl·lula disposa de dues còpies per a cada gen. Quan un individu porta dos al·lels idèntics per a un caràcter, es classifica com a homozigot (línia pura). En canvi, si presenta dos al·lels diferents, és un heterozigot.

Mendel va avaluar quantitativament les freqüències dels trets en la descendència per deduir com es transmetien aquests factors. COMPROVA-HO 46 Quina condició genotípica defineix una línia pura en la genètica clàssica? Les tres lleis de Mendel A partir d'encreuaments controlats i del recompte estadístic de la descendència, es van establir els tres principis fonamentals de la transmissió genètica clàssica.

Herència genètica Modes de transmissió hereditària Transmissió monogènica Determinada per un únic gen Lleis de Mendel Principis de segregació i combinació Autosòmica dominant Transmissió vertical contínua Autosòmica recessiva Progenitors portadors i salts generacionals Transmissió poligènica Interacció de múltiples gens i ambient Psicobiologia: Gens, Epigenètica i Comportament 33 Primera llei de Mendel: llei de la uniformitat La primera llei de Mendel estableix que en encreuar dues varietats de línia pura que difereixen en un únic caràcter ( ), tots els híbrids de la primera generació filial ( ) presenten una aparença uniforme i idèntica a un dels dos progenitors.

El tret que es manifesta en la s'anomena al·lel dominant (indicat tradicionalment amb una lletra majúscula), ja que predomina sobre l'al·lel alternatiu i n'oculta l'expressió. L'al·lel silenciat o emmascarat en aquesta generació rep el nom d'al·lel recessiu (notat amb lletra minúscula). Existeixen variacions d'aquesta relació d'expressió: Codominància: els individus heterozigots manifesten de manera simultània els dos fenotips dels progenitors. En no existir dominància, s'empren majúscules amb subíndexs per diferenciar els al·lels (com ocorre en els grups sanguinis o en flors bicolors).

Dominància incompleta: l'encreuament de dues línies pures produeix en l'heterozigot un fenotip intermedi entre el d'ambdós pares (per exemple, l'encreuament de flors vermelles i blanques que dóna lloc a una descendència de color rosa). Segona llei de Mendel: llei de la segregació independent La segona llei indica que cada progenitor aporta un sol al·lel de cada parell a través dels seus gàmetes. Durant la formació cel·lular de les cèl·lules sexuals, els factors hereditaris no es barregen, sinó que se separen (es segreguen), reunint-se de nou durant la fecundació. En encreuar els monohíbrids de la ( ), l'al·lel recessiu que havia quedat ocult reapareix en la segona generació filial ( ).

Aquest encreuament produeix exactament una proporció fenotípica de 3:1 (tres individus dominants per cada individu recessiu) i una distribució genotípica de 1:2:1 ( , i ). Esquema de la segregació d'al·lels monohíbrids a la segona generació F2. COMPROVA-HO 47 Quina proporció de la descendència tornarà a expressar el caràcter recessiu a la generació F2 després d'encreuar dos heterozigots? AA × aa F 1 F 1 F 1 Aa × Aa F 2 1/4 AA 1/2 Aa 1/4 aa Psicobiologia: Gens, Epigenètica i Comportament 34 Tercera llei de Mendel: combinació independent de caràcters Aquest principi formula que els al·lels de diferents gens es transmeten a la descendència de manera autònoma els uns dels altres.

Mendel va estudiar encreuaments dihíbrids ( ), observant que els al·lels del locus i els del locus es combinen lliurement, generant quatre classes de gàmetes en proporcions idèntiques: , , i . La recombinació a l'atzar durant la fecundació genera en la una segregació fenotípica clàssica de 9:3:3:1 (9 dominants per a tots dos trets, 3 dominants per al primer i recessius per al segon, 3 recessius per al primer i dominants per al segon, i 1 doble recessiu). Perquè aquesta llei es compleixi, és imprescindible que els gens estiguin localitzats en cromosomes diferents o prou allunyats dins del mateix cromosoma. Quadre de Punnett dihíbrid mostrant la segregació independent amb proporció 9:3:3:1.

ERROR FREQÜENT Interpretar les proporcions mendelianes com a recomptes fixos i deterministes condueix a errors greus d'anàlisi. Les lleis de Mendel defineixen probabilitats d'ocurrència en cada fecundació i no pas quotes exactes de naixements. Tenir una probabilitat del 25 % d'afectació no implica que, en una família de 4 fills, un hagi de ser necessàriament malalt i tres sans. Anàlisi de genealogies humanes En la nostra espècie no és ètic ni possible planificar encreuaments experimentals.

L'estudi de la transmissió de caràcters monogènics s'efectua mitjançant arbres genealògics, diagrames estructurats que reflecteixen les relacions de parentiu i la presència d'un tret al llarg de diferents generacions familiars. Segons el conveni estàndard, les dones es representen mitjançant cercles i els homes mitjançant quadrats. Els individus que manifesten el tret o la patologia s'identifiquen emplenant o pintant la figura geomètrica corresponent. AaBb × AaBb…