Universidad Agraria del Ecuador.

Facultad de Ciencias Agrarias.

Unidad Acadmica Guayaquil.

Integrantes: Gabriela Cagua. Selena Paladines. Leonard Quinde. Rodrigo Tapia.

Profesora: Dra. Lorena Pulgar. Ao lectivo: 2011-2012

Los agentes mutgenos. Estos agentes mutagnicos se pueden clasificar en:

Mutgenos qumicos: son compuestos qumicos capaces de alterar las estructuras del ADN de forma brusca, como por ejemplo el cido nitroso (agente desaminizante), brominas y algunos de sus compuestos. Mutgenos fsicos: son radiaciones que pueden alterar la secuencia y estructura del ADN. Son ejemplos la radiacin ultravioleta que origina dmeros de pirimidina (generalmente de timina), y la radiacin gamma y la alfa que son ionizantes. Tambin se considerar agentes fsicos los ultrasonidos, con 400.000 vibraciones por segundo, que han inducido mutaciones en Drosophila y en algunas plantas superiores, y centrifugacin, que tambin producen variaciones cromosmicas estructurales.

Mutgenos biolgicos: son aquellos organismos vivos que pueden alterar las secuencias del material gentico de su hospedador; como por ejemplo; virus, bacterias y hongos. Son ejemplo los transposones (fragmentos autnomos de ADN).

Factores que no son agentes mutgenos pero que determinan si una mutacin tendr lugar o no: temperatura, presin de oxgeno, envejecimiento. Mutgenos que resultan de sustancias no carcingenas metabolizadas, por ejemplo, el benzopireno es la sustancia resultante del metabolismo del hgado.

Mutgenos qumicos La mutagnesis qumica se descubri en 1942 cuando Carlota Averbach y J. M. Robson descubrieron que la mostaza nitrogenada (un ingrediente de los gases asfixiantes que se han utilizado en las guerras) produca mutaciones. Al final de la Segunda Guerra Mundial se conocan de 30 a 40 compuestos mutagnicos. Actualmente hay ms de 6 millones de sustancias qumicas de ese tipo, de los que 500.000 se utilizan en los procesos de fabricacin. En 1977 se cre la International Commission for Protection against Environmental Mutagens and Carcinogens que se dedica a la elaboracin de normas de evaluacin y de reglamentos sobre el uso y distribucin de los agentes qumicos mutgenos. Se pueden clasificar segn su modo de accin en: Anlogos de bases Estos anlogos de bases o tautmeros tienen similitud estructural con las bases nitrogenadas, como por ejemplo el 5bromouracilo o la 2-aminopurina, que se incorporan en el ADN que se replica en lugar de las bases correspondientes timina y adenina. Cuando uno de estos anlogos de bases se introducen en el ADN, la replicacin ocurre normalmente aunque se pueden producir errores de lectura que resultan en la incorporacin de bases errneas en la copia de ADN. Es decir, el 5-bromouracilo es un anlogo de la timina que contiene bromo en la posicin del carbono-5 en lugar del grupo CH3 que aparece en la timina. La estructura normal (forma ceto) del 5-BU empareja con la adenina; sin embargo, el 5-BU puede cambiar con frecuencia a la forma enol o a una forma ionizada que empareja con la guanina. sta en otra replicacin se aparear con su correspondiente citosina. Por lo tanto, se ha producido una transicin de AT a GC. Agentes que reaccionan con el ADN Son molculas que reaccionan directamente con el ADN, el cual no est replicndose, ocasionando cambios qumicos en las bases lo que provoca apareamientos incorrectos. Se llama transicin si se pasa de una base prica a otra forma de apareamiento de otra base prica o de una pirimidina en otra pirimidina; se denomina transversin si una purina se convierte en una pirimidina. Estos agentes son el cido nitroso, la hidroxilamina, agentes alquilantes y otros. Los agentes alquilantes, junto con la luz ultravioleta son los agentes mutagnicos ms potentes. Los compuestos ms conocidos son el etil metano sulfonato (EMS), metil metano sulfonato (MMS), dietil sulfato(DES),etiletanosulfonato,mostaza nitrogenada, etc. Etil metano sulfonato (EMS) introduce un metilo en la guanina provocando la transicin GC a AT. El cido nitroso elimina el grupo amino (desaminacin) de adenina y citosina,convirtiendo estas bases en hipoxantina (H) y uracilo (U),

respectivamente. Hidroxilamina aade un grupo hidroxilo(OH) al grupo amino de la citosina, haciendo que la base sufra un cambio tautomrico. Etiletanosulfonato y mostaza nitrogenada pueden producir mutaciones por adicin de grupos metilo o etilo a la guanina, haciendo que se comporte como un anlogo de base de la adenina y dando lugar a errores de apareamiento. La aflatoxina B1 es un carcingeno poderoso que se une a la posicin N7 de la guanina .La formacin de este producto da lugar a la rotura del enlace entre la base y el azcar, liberndose la base y el azcar, generando un sitio apurnico. Agente intercalantes Son molculas planas que se insertan entre dos pares de bases del ADN, separndolas entre s. Durante la replicacin, esta conformacin anormal puede conducir a inserciones o deleciones en el ADN, originando mutaciones por corrimiento de lectura. Las sustancias ms caractersticas de este grupo son las acridinas (naranja de acridina), bromuro de etidio y proflavina. Los colorantes de acridina actan insertndose ellos mismos entre dos bases pricas vecinas de un slo filamento del DNA. Reacciones oxidativas Las formas reactivas del oxgeno (superxidos, perxidos y radicales hidroxilo) que se producen durante

el metabolismo normal, la radiacin, el ozono y ciertas drogas pueden daar el ADN e inducir mutaciones provocando cambios qumicos en el ADN. Por ejemplo, la 8-oxi-7,8 dihidrodesoxiguanina.

Mutgenos fsicos Radiacin La radiacin es un proceso fsico mediante el cual la energa viaja por el espacio. Hay 2 formas principales de esta energa:

Electromagntica: se describe como ondas de energa elctrica. Por ejemplo: rayos gamma, rayos X, radiacin ultravioleta. Corpuscular: est formado por partculas atmicas y subatmicas que se mueven a grandes velocidades y provocan daos cuando chocan con otras partculas incluyendo las molculas biolgicas. Por ejemplo: partculas alfa y partculas beta.

Ambos se conocen como radicaciones ionizantes, porque producen iones capaces de reaccionar fsica y qumicamente al ponerse en contacto con las molculas biolgicas. Pero no todos las formas mutagnicas de la radiacin producen iones. La luz ultravioleta es un potente mutgeno con menos energa que la radiacin ionizante. Las longitudes de ondas con baja frecuencia tienen poca energa mientras que las longitudes de ondas de alta frecuencia tienen mucha energa. Agentes Mutgenos Fsicos. Aqu se incluyen las radiaciones atmicas, rayos x producen esterilidad en plantas, animales y hombre tambin afectan a los tejidos como huesos, nervios, msculos, hgado, rin, etc. Medidas de la radiacin Dosimetra: es el mtodo para medir la radiacin. En biologa las unidades que se suelen utilizar son; el roentgen, rad, rem, gray y sievert.

Roentgen: cantidad de radiacin ionizante que produce 2.083x109 pares de iones en 1 cm3 de aire. Rad: es la dosis de radiacin que se absorbe, es decir, mide la radiacin absorbida por el organismo y no la radiacin producida. Es una cantidad igual a 100 ergios de energa absorbida por gramo de tejido irradiado. Rem: equivalente humano del roentgen, la cantidad de radiacin ionizante que produce los mismos efectos biolgicos que un rad de rayos. Sievert: es una unidad derivada del Sistema Internacional que mide la dosis de radiacin absorbida por la materia.

La exposicin habitual en pases desarrollados es de 2 a 3 milisieverts en la poblacin general. Fuentes de la radiacin

El simple hecho de estar vivos nos expone a radiaciones que pueden causar mutacin. Estamos expuestos constantemente a las radiaciones:

Radiaciones ambientales, proceden de fuentes naturales de la radiacin como los rayos csmicos, la luz solar y los minerales radiactivos de la corteza terrestre como el torio y el uranio, y el gas radn. Radiaciones producidas por el hombre, como las usadas en exploraciones mdicas porque pueden obtenerse rayos X producidos con una mquina(radiografas, TACs), las producidas en laboratorios de investigacin, centrales nucleares porque en stas pueden obtenerse rayos alfa, beta y gamma de fuentes radiactivas como el radio y el cobalto-90 y algunas plantas de manufactura. Muchos productos de consumo producen radiacin y pueden ser un factor de exposicin a la misma, como aparatos de televisin, detectores de humo, los relojes de esfera luminosa. Tambin las radiaciones ionizantes que se utilizan para romper la dormancia de las semillas, para inhibir el brotado de las patatas durante su almacenaje, para eliminar parsitos y para esterilizar alimentos de consumo humano. Contribuciones del uso mdico de los rayos X y los riesgos de irradiacin en el trabajo son comparativamente menores a la exposicin natural. Otra fuente de radiacin fueron bombas atmicas y de hidrgeno, de las que hoy en da muchas personas todava sufren sus efectos.

Efecto biolgico de la radiacin Los efectos biolgicos de la radiacin consisten en alteraciones a diversos niveles de organizacin, como son las molculas, los orgnulos y las clulas. Radiacin ionizante Reacciones oxidativas Son radiaciones con pequea longitud de onda y son por tanto ms energticas lo que conlleva que sean ms "penetrantes". Es el principal mecanismo por el que la radiaciones interaccionan con la materia orgnica (y por lo tanto con el ADN) En el proceso de penetracin esta radiacin de alta energa produce iones porque al chocar con los tomos hace que stos liberen electrones y estos electrones a su vez chocan con otros tomos liberndose nuevos electrones. El cambio del nmero de electrones transforma un tomo en un estado reactivo inico. Como el 80% de la clula es agua, la radiacin ionizante suele generar radicales libres, en forma de hidrgeno o de radicales hidroxilo (OH) ionizados, derivados ambos del agua. Estos radicales reaccionan con otras molculas de su misma clase para formar perxido de hidrgeno (H2O2) cuyas molculas tienen gran poder de reaccin y puede destruir la estructura de las protenas y del ADN. La lesin producida por la radiacin induce trastornos del funcionamiento de los procesos metablicos celulares llevndola a la muerte. Daos cromosmicos: Dependiendo del momento de la divisin en el que se irradien las clulas, una aberracin cromosmica puede incluir una o dos cromtidas. Ejemplo: a) la irradiacin en interfase, antes de que comience la sntesis de DNA, normalmente da lugar a roturas que ms tarde aparecen como si se hubiesen producido cuando los cromosomas todava no se hubiesen replicado (roturas cromosmicas). b) las roturas producidas en el perodo de interfase despus de comenzar la sntesis del DNA normalmente aparecen separadamente en cada una de las dos cromtidas de un cromosoma (rotura de cromtidas) Se ha sugerido que la irradiacin, en lugar de roturas fsicas nicas, ocasiona lesiones cromosmicas que luego estimulan intercambios entre partes del mismo cromosoma o de diferentes cromosomas, dando lugar, a su vez, a deleciones, translocaciones y otras aberraciones cromosmicas. As pues, las cromtidas de un cromosoma irradiado pueden solaparse en un punto donde coinciden dos lesiones, dando lugar a intercambios completos o incompletos. Si el intercambio es completo, no se observa un dao morfolgico aparente ya que hay una transferencia simtrica de material cromosmico entre las cromtidas hermanas. Tales intercambios pueden detectarse mediante tcnicas de tincin diferencial. Los intercambios incompletos dan lugar a la prdida de material en una o en las dos cromtidas. De igual manera, los intercambios inducidos por rayos X pueden dar lugar a inversiones o a translocaciones, aunque en este ltimo caso debera ocurrir entre cromtidas no homlogas. La radiacin puede producir aneuploida por prdida de cromosomas.

Radiacin no ionizante Radiacin ultravioleta La radiacin ultravioleta puede dar lugar tambin a aberraciones cromosmicas, su efecto es considerablemente ms suave que el de los rayos X debido a que son mucho menos penetrantes y no dan lugar a una trayectoria de iones y por consiguiente ha sido utilizada principalmente para estudiar mutaciones puntuales. Teniendo una longitud de onda demasiado larga como para producir iones, la radiacin UV parece actuar afectando tan solo a aquellos compuestos que la absorben directamente. En la clula, la absorcin directa de los rayos UV est principalmente confinada a compuestos orgnicos con estructuras en forma de anillo, tales como los nucletidos, siendo citosina y timina las bases que absorben especialmente las longitudes de onda UV.El mecanismo por el que se produce la mutacin es el siguiente: la radiacin UV provoca la insercin de una molcula de agua en el doble enlace C-C. Tambin se rompen los dobles enlaces de timina por lo que las bases de timina pueden conectarse para formar un dmero. Esta ntima relacin entre la radiacin UV y los componentes del DNA tambin aparece al comparar el espectro de absorcin de la radiacin UV del DNA y las tasas de mutacin ocasionadas por las longitudes de onda UV. Estudios in vitro indican que la formacin de dmeros de timina puede ser el principal efecto mutagnico producido por los rayos UV. Tales dmeros distorsionan la hlice de DNA e impiden su replicacin, como resultado la clula no se divide y puede morir. Tambin es posible una accin indirecta de la radiacin UV porque puede actuar sobre varios precursores del DNA y sobre enzimas que a su vez afectan la mutacin. Este proceso puede evitarse por fotorreactivacin, es decir, exponiendo las clulas a radiaciones con longitudes de onda del espectro azul.

Mutgenos biolgicos Las posibles fuentes de mutgenos biolgicos pueden ser todos los preparados de naturaleza biolgica utilizados en medicina profilctica o teraputica tales como vacunas, antitoxinas, sangre, suero y antgenos. Los mutgenos biolgicos potenciales pueden ser microorganismos, especialmente virus, y algunos agentes qumicos. En el caso de los virus se ha demostrado que pueden producir anomalas cromosmicas, desde la simple rotura, a la pulverizacin de los cromosomas, por ello la vacunacin con virus vivos puede implicar un riesgo potencial. La contaminacin viral como consecuencia de las transfusiones, como es el caso de la hepatitis produce roturas cromosmicas tanto en la sangre como en la mdula sea de pacientes afectados de hepatitis. Las molculas de ADN recombinante tienen un riesgo potencial debido principalmente a que dado que muchos tipos de ADN de clulas animales contienen secuencias comunes a virus tumorales, el aadir ADN de origen animal a estos nuevos sistemas de replicacin o clonado del ADN podra significar la proliferacin incontrolada de una informacin gentica cancergena.

Efectos de las mutaciones Los cambios en un la secuencia de un cido nucleico debidos a una mutacin contempla la sustitucin de nucletidos pares-base e inserciones u omisiones de uno o ms nucletidos dentro de la secuencia de ADN. Aunque muchas de estas mutaciones sean mortales o causen una enfermedad grave, algunas solo tienen efectos secundarios, como los cambios que ocasionan en la sucesin de protenas codificadas sin significancia alguna. Muchas mutaciones no causan ningn efecto visible, ya sea porque ocurren en los intrones o porque ellos no cambian la sucesin de aminocidos debido a la redundancia de codones.

Mutacin y evolucin. La mutacin en gentica y biologa, es una alteracin o cambio en la informacin gentica (genotipo) de un ser vivo y que, por lo tanto, va a producir un cambio de caractersticas, que se presenta sbita y espontneamente, y que se puede transmitir o heredar a la descendencia. La unidad gentica capaz de mutar es el gen que es la unidad de informacin hereditaria que forma parte del ADN. En los seres multicelulares, las mutaciones slo pueden ser heredadas cuando afectan a las clulas reproductivas. Una consecuencia de las mutaciones puede ser una enfermedad gentica, sin embargo, aunque en el corto plazo pueden parecer perjudiciales, a largo plazo las mutaciones son esenciales para nuestra existencia. Sin mutacin no habra cambio y sin cambio la vida no podra evolucionar.

La definicin que en su obra de 1901 "La teora de la mutacin" Hugo de Vries dio de la mutacin (del latn mutare = cambiar) era la de cualquier cambio heredable en el material hereditario que no se puede explicar mediante segregacin o recombinacin. Ms tarde se descubri que lo que De Vries llam mutacin en realidad eran ms bien recombinaciones entre genes. La definicin de mutacin a partir del conocimiento de que el material hereditario es el ADN y de la propuesta de la doble hlice para explicar la estructura del material hereditario (Watson y Crick,1953), sera que una mutacin es cualquier cambio en la secuencia de nucletidos del ADN. Cuando dicha mutacin afecta a un slo gen, se denomina mutacin gnica. Cuando es la estructura de uno o varios cromosomas lo que se ve afectado, mutacin cromosmica. Y cuando una o varias mutaciones provocan alteraciones en todo el genoma se denominan, mutaciones genmicas.

Mutacin somtica: es la que afecta a las clulas somticas del individuo. Como consecuencia aparecen individuos mosaico que poseen dos lneas celulares diferentes con distinto genotipo. Una vez que una clula sufre una mutacin, todas las clulas que derivan de ella por divisiones mitticas heredarn la mutacin (herencia celular). Un individuo mosaico originado por una mutacin somtica posee un grupo de clulas con un genotipo diferente al resto, cuanto antes se haya dado la mutacin en el desarrollo del individuo mayor ser la proporcin de clulas con distinto genotipo. En el supuesto de que la mutacin se hubiera dado despus de la primera divisin del cigoto (en estado de dos clulas), la mitad de las clulas del individuo adulto tendran un genotipo y la otra mitad otro distinto. Las mutaciones que afectan solamente a las clulas de la lnea somtica no se transmiten a la siguiente generacin.

Mutaciones en la lnea germinal: son las que afectan a las clulas productoras de gametos apareciendo, de este modo, gametos con mutaciones. Estas mutaciones se transmiten a la siguiente generacin y tienen una mayor importancia desde el punto de vista evolutivo

Las mutaciones son la materia prima de la evolucin. La evolucin tiene lugar cuando una nueva versin de un gen, que originalmente surge por una mutacin, aumenta su frecuencia y se extiende a la especie gracias a la seleccin natural o a tendencias genticas aleatorias (fluctuaciones casuales en la frecuencia de los genes). Antes se pensaba que las mutaciones dirigan la evolucin, pero en la actualidad se cree que la principal fuerza directora de la evolucin es la seleccin natural, no las mutaciones. No obstante, sin mutaciones las especies no evolucionaran. La seleccin natural acta para incrementar la frecuencia de las mutaciones ventajosas, que es como se produce el cambio evolutivo, ya que esos organismos con mutaciones ventajosas tienen ms posibilidades de sobrevivir, reproducirse y transmitir las mutaciones a su descendencia. La seleccin natural acta para eliminar las mutaciones desventajosas; por tanto, est actuando continuamente para proteger a la especie de la decadencia mutacional. Sin embargo, la mutacin desventajosa surge a la misma velocidad a la que la seleccin natural la elimina, por lo que las poblaciones nunca estn completamente limpias de formas mutantes desventajosas de los genes. Esas mutaciones que no resultan ventajosas pueden ser el origen de enfermedades genticas que pueden transmitirse a la siguiente generacin. La seleccin natural no acta sobre las mutaciones neutrales, pero las mutaciones neutrales pueden cambiar de frecuencia por procesos aleatorios. Existen controversias sobre el porcentaje de mutaciones que son neutrales, pero generalmente se acepta que, dentro de las mutaciones no neutras, las mutaciones desventajosas son mucho ms frecuentes que las mutaciones ventajosas. Por tanto, la seleccin natural suele actuar para reducir el porcentaje de mutaciones al mnimo posible; de hecho, el porcentaje de mutaciones observado es bastante bajo.

Diferentes tipos de mutacin La mutacin se define tradicionalmente como una modificacin en la informacin gentica, producida por un cambio brusco y de tipo hereditario, interviniendo uno o varios caractres.

Sin embargo, la puesta en evidencia del ADN como soporte qumico de la informacin gentica y la posibilidad de acceder al conocimiento especfico de la secuencia de nucleotidos que caracteriza cada cromosoma a llevado a proponer una nueva definicin: Todo cambio que afecta la sequencia de nucleotidos es una mutacin.

Mutaciones y Gentica de Poblaciones Adems, a nivel de la gentica de poblacin se define como un error en la reproduccin conforme al mensaje hereditario. Ella va a transformar un alelo en otro, nuevo o ya existente en la poblacin. El rol de la mutacin en la evolucin es primordial, porque es la nica fuente de genes nuevos. Sin embargo, una vez que un nuevo gen ha aparecido en la poblacin, ya no es l mismo quien va a determinar su futuro: si este nuevo alelo es ms favorable o desfavorable que los antiguos, ser la Seleccin natural que va a determinar la evolucin posterior de su frecuencia en la poblacin.23 A nivel de poblacin, la persistencia depende de la mantencin de la informacin gentica. Para lograr esto, los organismos intentan disminuir la tasa de mutacin y limitar las mutaciones deletereas. Sin embargo, la adaptacin a nuevas situaciones necesita un cierto nivel de variacin gentica para obtener mutaciones raras y benficas. El numero de mutaciones de una poblacin es determinado por el tamao de ella, adems de la tasa de mutacin del organismo. En consecuencia, para todo tamao de poblacin determinado, un organismo deber desarrollar una tasa de mutacin que optimise entre las mutaciones deletereas comunes, y las raras mutaciones beneficiosas, que aumentan la fitness a largo plazo. La relacin optima entre costo y beneficio deber cambiar de acuerdo a las circunstancias y los hbitos de vida. Una tasa de mutacin elevada podra ser ms costosa para un organismo bien adaptado a su medioambiente constante, que para un organismo mal adaptado a un medioambiente que esta en continuo cambio. De cualquier manera y en general, la tasa de mutacin es minimizada por la seleccin. Hay, por otro lado, argumentos tericos que muestran que las mutaciones pueden ser seleccionados positivamente por el hecho de crecer en un medioambiente determinado, donde la seleccin necesita de mutantes raros repetidos y que la variabilidad gentica es limitada. Esto sucede cuando la poblacin es pequea y los mutantes raros pueden ofrecer una ventaja selectiva (por ejemplo resistencia a los antibiticos) ms importante que el costo selectivo para la fitness. Por ejemplo, en el caso de VIH, numerosas mutaciones aleatorias se producen a cada ciclo de la replicacin viral, debido a la poca fidelidad que posee la transcriptasa inversa durante la transcripcin. Algunas de estas mutaciones sern seleccionadas, por la presin que ejercen los Linfocitos T Citotoxicos (CTL) especficos para los epitopes salvajes. O las respuestas citotoxicas tempranas parecen tener una actividad anti-viral ms eficaz, y el escape a esta respuesta explicara la progresin viral. La gentica de poblaciones es la rama de la gentica cuyo objeto es describir la variacin y distribucin de la frecuencia allica para explicar los fenmenos evolutivos. Para ello, define a una poblacin como un grupo de individuos de la misma especie que estn aislados reproductivamente de otros grupos afines, en otras palabras es un grupo de organismos que comparten el mismo hbitat y se reproducen entre ellos. Estas poblaciones, estn sujetas a cambios evolutivos en los que subyacen cambios genticos, los que a su vez estn influidos por factores como la seleccin natural y la deriva gentica que actan principalmente disminuyendo la variabilidad de las poblaciones, o migracin y mutacin que actan aumentndola. Cabe destacar, que la prdida de variabilidad gentica en las poblaciones trae consigo dos graves problemas: 1. 2. Coarta la posibilidad de que el hombre pueda realizar mejoramiento gentico en la especie. Disminuye la eficacia biolgica (fitness) de las especies ante nuevos cambios ambientales.

Por su parte, la presencia de variabilidad gentica es deseable no solo para mejoramiento gentico o conservacin de especies, ya que el rol fundamental de la variabilidad gentica es ser la materia prima para los procesos evolutivos, sin variabilidad no hay evolucin. La interaccin de estos factores con las poblaciones en el tiempo, permite la existencia de gran nmero de especies con variadas estructuras poblacionales y formas de vida. As, la gentica de poblaciones es un elemento esencial de la sntesis evolutiva moderna. Sus principales fundadores, Sewall Wright, J.B.S. Haldane y Ronald Fisher, establecieron adems las bases formales de la gentica cuantitativa. Las obras fundacionales de la gentica de poblaciones son The Genetical Theory of Natural Selection (Fisher 1930), Evolution in Mendelian Populations (Wright 1931) y The Causes of Evolution (Haldane 1932).

En gentica de poblaciones, la frecuencia genotpica es la frecuencia o proporcin (esto es, 0 < f < 1) de genotipos en una poblacin. As puede denotarse:

Comparar con frecuencia allica. La ley de Hardy-Weinberg predice frecuencias genotpicas desde frecuencia allicas bajo ciertas condiciones, en cuyo caso:

Las frecuencias genotpicas pueden representarse por un diagrama de De Finetti. La frecuencia gnica es el nmero de veces que un alelo se encuentra presente en relacin con el nmero total de alelos de una poblacin en estudio, para un locus dado. Los resultados del anlisis de la frecuencia gnica se expresan en proporciones, por lo que la suma de las frecuencias de los alelos estudiados para el locus es igual a uno:

Donde p es la frecuencia gnica del alelo dominante y q, la del alelo recesivo. En gentica de poblaciones, el principio de Hardy-Weinberg (PHW) (tambinequilibrio de Hardy-Weinberg o ley de Hardy-Weinberg) establece que la composicin gentica de una poblacin permanece en equilibrio mientras no acte la seleccin natural ni ningn otro factor y no se produzca ninguna mutacin. Es decir, la herencia mendeliana, por s misma, no engendra cambio evolutivo. Recibe su nombre del matemtico ingls G. H. Hardy y del mdico alemn Wilhelm Weinberg, que establecieron el teorema independientemente en 1908.1 En el lenguaje de la gentica de poblaciones, la ley de Hardy-Weinberg afirma que, bajo ciertas condiciones, tras una generacin de apareamiento al azar, las frecuencias de los genotipos de un locus individual se fijarn en un valor de equilibro particular. Tambin especifica que esas frecuencias de equilibrio se pueden representar como una funcin sencilla de las frecuencias allicas en ese locus. En el caso ms sencillo, con un locus con dos alelos A y a, con frecuencias allicas de p y q respectivamente, el PHW predice que la frecuencia genotpica para el homocigoto dominante AA es p2, la del heterocigoto Aa es 2pq y la del homocigoto recesivo aa, es q2. El principio de Hardy-Weinberg es una expresin de la nocin de una poblacin que est en "equilibrio gentico", y es un principio bsico de la gentica de poblaciones. La gentica mendeliana fue redescubierta en 1900. Sin embargo, se mantuvo su controversia durante varios aos, ya que entonces no se saba cmo poda producir caracteres continuos. Udny Yule (1902) argument contra el mendelismo porque pensaba que los alelos dominantes aumentaran en nmero en una poblacin. El estadounidense William E. Castle (1903) demostr que, sin seleccin, las frecuencias genotpicas permaneceran estables. Karl Pearson (1903) hall una posicin de equilibrio con los valores p = q = 0,5. Reginald Punnet, incapaz de responder al argumento de Yule, le present el problema a G. H. Hardy, un matemtico britnico con el que jugaba alcricket. Hardy era un matemtico puro y mostraba cierto desprecio por las matemticas aplicadas; su opinin sobre el uso que le daban los bilogos a las matemticas qued plasmada en un artculo de 1908 en el que lo describe como "muy simple". Al Editor de Science: soy reacio a entrometerme en una discusin que concierne a temas de los que no tengo un conocimiento experto, y debera haber esperado que el sencillo argumento que deseo aportar fuera

familiar para los bilogos. Sin embargo, ciertas observaciones del seor Udny Yule sobre las que el seor R. C. Punnett ha llamado mi atencin sugieren que todava merece la pena hacerlo... Supongamos que Aa es un par de caracteres mendelianos, siendo el A dominante, y que en una generacin cualquiera el nmero de dominantes puros (AA), de heterocigotos (Aa) y de recesivos puros (aa) son p:2q:r. Finalmente, supongamos que los nmeros son bastante grandes, de manera que se pueda considerar que el apareamiento es aleatorio, que los sexos estn distribuidos uniformemente en las tres variedades y que todas son igualmente frtiles. Es suficiente un poco de mtematica del nivel de las tablas de multiplicar para demostrar que en la siguiente generacin los nmeros sern (p+q)2:2(p+q)(q+r):(q+r)2, o digamos p1:2q1:r1. La cuestin interesante es en qu circunstancias ser esta distribucin la misma que en la generacin anterior? Es fcil ver que la condicin para esto es q2 = pr. Y como q12 = p1r1, para cualquier valor de p, q y r, la distribucin permanecer en cualquier caso sin cambios tras la segunda generacin. Por aquel entonces, el principio se conoca como ley de Hardy en el mundo angloparlante, hasta que Curt Stern (1943) seal que ya haba sido formulado independientemente en 1908 por el fsico alemn Wilhelm Weinberg (ver Crow 1999). Otros han intentado asociar el nombre de Castle con la ley por su trabajo de 1903, pero raramente se la alude como ley de Hardy-Weinberg-Castle. Con la ley de Hardy-Weinberg se asentaron los cimientos de la gentica de poblaciones, segn la cual, la alteracin gentica de una poblacin slo puede darse por factores como mutaciones, seleccin natural, influencias casuales, convergencias o divergencias individuales, de modo que el cambio gentico implica la perturbacin del equilibrio establecido por la ley de Hardy-Weinberg. Las violaciones de las suposiciones de Hardy-Weinberg pueden causar desviaciones de los valores esperados. Cmo afecta esto a la poblacin depende de las suposiciones que son violadas.

Apareamiento aleatorio. El PHW establece que la poblacin tendr las frecuencias genotpicas especificadas (llamadas proporciones de Hardy-Weinberg) tras una generacin de apareamiento aleatorio dentro de la poblacin. Cuando suceden violaciones de este requisito, la poblacin no tendr proporciones de HardyWeinberg. Tres de estas violaciones son:

Endogamia, que provoca un aumento de la homocigosidad en todos los genes. Emparejamiento selectivo, que causa un aumento en la homocigosidad de los genes implicados en el carcter que se est seleccionando para el apareamiento (y de los genes que estn en desequilibrio de ligamiento con ellos).

Poblacin de poco tamao, que causa un cambio aleatorio en las frecuencias genotpcas, especialmente si la poblacin es muy pequea. Esto es debido al efecto de muestreo, y se llama deriva gentica.

Las dems suposiciones afectan a las frecuencias allicas, pero no afectan por s mismas al apareamiento aleatorio. Si una poblacin viola alguna de estas, la poblacin seguir teniendo proporciones de Hardy-Weinberg en cada generacin, pero las frecuencias allicas cambiarn con esa fuerza.

La seleccin, en general, hace que cambien las frecuencias allicas, a menudo con mucha rapidez. Aunque la seleccin direccional conduce finalmente a la prdida de todos los alelos excepto el favorecido, algunas formas de seleccin, como la seleccin estabilizadora, conducen a un equilibrio sin prdida de alelos.

La mutacin tendr un efecto muy sutil en las frecuencias allicas. Los ritmos de mutacin son del orden de 10-4 a 10-8 y el cambio en las frecuencias allicas ser, como mucho, del mismo orden. Las mutaciones recurrentes mantendrn a los alelos en la poblacin, aunque haya una fuerte seleccin en contra de ellos.

La migracin enlaza genticamente dos o ms poblaciones. En general, las frecuencias allicas se harn ms homogneas entre las dos poblaciones. Algunos modelos de migracin incluyen inherentemente el apareamiento

no aleatorio (el efecto Wahlund, por ejemplo). Para esos modelos, las proporciones de Hardy-Weinberg no sern vlidas en general. Ms adelante se explica cmo afectan estas violaciones a las pruebas estadsticas formales del EHW. Desafortunadamente, las violaciones de las suposiciones del principio de Hardy-Weinberg no significa que la poblacin violar el EHW. Por ejemplo, la seleccin estabilizadora conduce a una poblacin en equilibrio con proporciones de Hardy-Weinberg. Esta propiedad que enfrenta a la seleccin con la mutacin es la base de muchas estimaciones del ritmo de mutacin (equilibrio mutacin-seleccin). Las suposiciones originales del equilibrio de Hardy-Weinberg (EHW) eran que el organismo en consideracin:

Sea diploide, y el carcter en consideracin no est en un cromosoma que tiene un nmero distinto de copias en cada sexo, como el cromosoma X en los humanos (es decir, que el carcter sea autosmico) Se reproduzca sexualmente, bien monoicamente o dioicamente Tenga generaciones discretas

Adems, la poblacin en consideracin est idealizada, esto es:

Existe apareamiento aleatorio en la poblacin (a este tipo de poblacin se le conoce como "poblacin panmctica") Tiene un tamao infinito (o lo bastante grande para minimizar el efecto de la deriva gentica) y no experimenta: Seleccin Mutacin Migracin (flujo gentico)

El primer grupo de suposiciones son un requisito de las matemticas implicadas. Es relativamente sencillo expandir la definicin del EHW para que incluya modificaciones de estas suposiciones, por ejemplo las de los caracteres ligados al sexo. Las otras suposiciones son inherentes al principio de Hardy-Weinberg. Cuando se discuten varios factores, se utiliza una poblacin de Hardy-Weinberg como referencia. No es sorprendente que estas poblaciones sean estticas.