Definición y Terminología  

    Las isoenzimas son distintas formas moleculares de una misma enzima que presentan o

muestran especificidad por el mismo sustrato.

    Las distintas formas moleculares de alcohol deshidrogenasa (ADH) se diferencian en la

carga eléctrica neta, en el peso molecular o en ambas simultáneamente, pero todas ellas

deshidrogenan el alcohol (sustrato) convirtiéndolo en aldehído. La principal característica

de las isoenzimas es que deben tener la misma especificidad de sustrato.

    La técnica que habitualmente se emplea para estudiar las isoenzimas es la electroforesis,

que permite separar las moléculas por su diferente carga, tamaño o ambas bajo la acción de

un campo eléctrico. Las alteraciones en la carga eléctrica neta se producen por sustitución

de un aminoácido por otro de distinta polaridad, por ejemplo, cambio de un aminoácido

ácido por otro básico o neutro.

    Algunos autores opinan que solamente deben considerarse como isoenzimas aquellas

formas moleculares que están presentes en el mismo órgano o tejido, que tienen un origen

genético similar y actividades catalíticas muy similares. Las peroxidasas, las esterasas y las

fosfatasas presentan distintas formas moleculares en el mismo órgano o tejido, pero tienen

una amplia especificidad de sustrato, de manera que pueden transformar diferentes

compuestos. Además, pueden tener diferentes orígenes y, por tanto, no se las considera

como verdaderas isoenzimas.

    La estructura cuaternaria activa de las isoenzimas puede ser fundamentalmente de tres

tipos:

    1.- Monómeros: isoenzimas que poseen una sola cadena polipeptídica como estructura

cuaternaria activa.

    2.- Dímeros: isoenzimas cuya estructura cuaternaria activa consiste en la unión de dos

polipéptidos.

    3.- Tetrámeros: la estructura cuaternaria activa de estas isoenzimas consta de cuatro

polipéptidos.

    Las isoenzimas diméricas y tetraméricas pueden estar formadas por subunidades o

polipéptidos iguales o diferentes.

    1.- Homodímeros: isoenzima formada por dos polipéptidos idénticos.

    2.- Homotetrámero: isoenzima constituida por cuatro cadenas polipeptídicas iguales.

    3.- Homopolímeros: isoenzimas formadas por múltiples cadenas polipeptídicas

idénticas.

    4.- Heterodímero: isoenzima constituida por dos polipéptidos diferentes.

    5.- Heterotetrámero: tetrámero constituido por la unión de cuatro polipéptidos

diferentes, pudiendo ser los cuatro distintos abdg, ser tres diferentes aabd, o tener dos

tipos distintos aabb.

    No se han descrito, hasta el momento, isoenzimas cuya estructura cuaternaria activa

conste de tres cadenas polipeptídicas (trímeros).

    Un término que se emplea con bastante frecuencia es el de Patrón Isoenzimático o

Zimograma, conjunto de bandas pertenecientes al mismo sistema enzimático que se

observan en el mismo individuo.      Deseo destacar que he utilizado la palabra banda en

vez de la de isoenzima para indicar que una banda que se observa en un gel, después de

llevar a cabo una electroforesis, puede ser una sola isoenzima o la superposición de varias

isoenzimas diferentes con igual migración electroforética.

    Otro término usado con mucha frecuencia es el de Alozimas o Alelozimas, empleado

para referirse a las distintas formas moleculares de una misma enzima producidas por

distintos alelos del mismo locus.   Naturalmente, el vocablo isoenzima es más amplio, ya

que se incluye tanto a las diferentes formas moleculares de una misma enzima producidas

por alelos de mismo locus, como a las producidas por alelos de distintos loci.

Localización Subcelular 

 

    Distintas isoenzimas muestran diferente localización subcelular, de forma que unas se

encuentran en el citoplasma, otras en las mitocondrias, algunas en cloroplastos, otras en los

glioxisomas, en peroxisomas, etc.

En los vegetales existen isoenzimas de Málico deshidrogenasa (MDH) que se encuentran en

el citoplasma (citosólicas) e isoenzimas de MDH localizadas en la mitocondria. Las formas

citosólicas y las mitocondriales están codificadas por genes nucleares. Una manera sencilla

de averiguar la localización citosólica o mitocondrial de las isoenzimas de MDH en

vegetales es comparar los patrones isoenzimáticos (zimogramas) de polen y de hoja. En

polen no se observan las isoenzimas mitocondriales pero si las citosólicas, mientras que en

hoja se observan ambas.

 

Es conveniente indicar que para las isoenzimas con estructura cuaternaria dimérica o

tetramérica nunca se observan heterodímeros o heterotetrámeros entre las subunidades

polipeptídicas de distinta localización subcelular. Por ejemplo, no se producen

heterodímeros entra las cadenas polipeptídicas de localización citosólica y mitocondrial.

Por consiguiente, además de hacer mención al tejido u órgano en el que se detectan las

isoenzimas, también es necesario tener en cuenta su localización subcelular.

En general, los trabajos publicados con isoenzimas suelen emplear dicho término de la

forma más amplia posible, incluyendo los casos más dudosos como peroxidasas, esterasas y

fosfatasas.

Variabilidad

 

    Con las isoenzimas es posible al menos estudiar tres tipos de variabilidad genética:

    1.- Variabilidad tisular: distintos tejidos u órganos de un mismo individuo muestran

diferentes formas moleculares o distintas cantidades relativas de las mismas isoenzimas.

    2.- Variabilidad ontogénica: un mismo tejido u órgano en distintos momentos del

desarrollo muestra diferentes formar moleculares o distintas cantidades relativas de las

mismas isoenzimas.

    3.- Variabilidad poblacional: distintos individuos en el mismo tejido u órgano y en el

mismo estado de desarrollo presentan diferentes isoenzimas.

Naturalmente, cuando se desea estudiar un tipo de variabilidad es necesario fijar las otras

dos fuentes de variación.   

Variabilidad Tisular

 

    Existen muchas isoenzimas que presentan una elevada especificidad tisular, de

manera que distintos tejidos u órganos muestran diferentes formas moleculares o distintas

cantidades relativas de las mismas isoenzimas. Por tal motivo, algunas isoenzimas

solamente se sintetizan en un determinado tejido u órgano, siendo específicas de ese tejido.

En otros casos, la misma isoenzima se produce en dos tejidos diferentes pero en cantidades

relativas muy distintas.

    Un buen ejemplo de especificidad tisular son las Peroxidasas de semilla de trigo

hexaploide. Cuando se estudian las peroxidasas de diferentes partes de la semilla seca de

trigo, como son el embrión junto con el escutelo (E+S), el endospermo (Ed) y las cubiertas

(C), se observa que el endospermo y las cubiertas presentan las mismas formas

moleculares, sin embargo, el embrión junto con el escutelo (E+S) tiene tres isoenzimas

diferentes a las de las cubiertas (C) y el Endospermo (Ed). La semilla completa (con todas

sus partes) muestra la suma de las isoenzimas de las diferentes partes, aunque las

isoenzimas del E+S aparecen más tenues, ya que el E+S representa una pequeña parte de la

semilla.

 

    Las isoenzimas de Láctico deshidrogenasa (LDH) son uno de los ejemplos típicos

de variabilidad tisular en especies animales. Por ejemplo, en ratón es posible observar cinco

isoenzimas diferentes en órganos tales como riñón, corazón, hígado y músculo esquelético.

Dichas isoenzimas se denominan LDH1, LDH2, LDH3, LDH4 y LDH5 de mayor a menor

migración electroforética. Sin embargo, las cantidades relativas de estas cinco formas

moleculares son distintas en cada órgano o tejido. La más abundante en hígado es LDH5,

mientras que en riñón existe mayor cantidad de LDH1.

 

 Variabilidad Ontogénica

 

    Un mismo tejido u órgano en distintos momentos del desarrollo puede presentar

diferentes isoenzimas o distintas cantidades relativas de las mismas isoenzimas.

    De nuevo, las isoenzimas de Láctico deshidrogenasa (LDH) son un ejemplo de

variabilidad durante el desarrollo en especies animales. En riñón de ratón es posible

observar cinco isoenzimas de LDH que de mayor a menor migración electroforética se

denominan LDH1, LDH2, LDH3, LDH4 y LDH5. Sin embargo, 5 días antes del

nacimiento la isoenzima más abundante en riñón es LDH5, mientras que en el individuo

adulto las isoenzimas más abundantes son LDH1 y LDH2. En este caso se trata de

diferencias en las cantidades relativas de las mismas isoenzimas.

 

    También existen ejemplos en los que un mismo tejido muestra diferentes isoenzimas

en distintos momentos del desarrollo. Por ejemplo, las Peroxidasas de coleoptilo en las

primeras horas de germinación de la semilla de trigo cambian de forma dramática.

    Tanto la Variabilidad Tisular como la Variabilidad Ontogénica son consecuencia de

una regulación diferencial, de manera que en todos los organismos diferentes tejidos tienen

diferentes baterías de genes expresándose y, en un mismo tejido en distintos momentos del

desarrollo se expresan diferentes grupos de genes.

    Es frecuente hablar de sistemas enzimáticos Constitutivos y de sistemas

enzimáticos Variables. Los Constitutivos son aquellos que se expresan de manera

constante a lo largo del desarrollo y en todos los tejidos, mientras que sistemas Variables

son aquellos cuya expresión cambia a lo largo del desarrollo y de un tejido a otro.   

Variabilidad Poblacional

 

    Distintos individuos en el mismo tejido u órgano y en el mismo estado de desarrollo

presentan diferentes isoenzimas. Por tanto, los diferentes individuos que componen las

poblaciones de distintas especies vegetales o animales pueden presentar distintas formas

moleculares de la misma enzima. Como es lógico, cuando se trata de estudiar la

variabilidad poblacional, es necesario fijar las otras fuentes posibles de variabilidad, de

manera que los análisis deben realizarse en el mismo órgano y en el mismo estado de

desarrollo en todos los individuos de la población estudiada.

 

    Naturalmente, los estudios de variabilidad poblacional están estrechamente ligados al

conocimiento del control genético de las isoenzimas. Es decir, se necesita averiguar el

número de loci que controlan o codifican para las isoenzimas analizadas y las relaciones de

dominancia o codominancia existentes entre los alelos de los loci implicados.

Control Genético de Isoenzimas 

    Conocer el control genético de las isoenzimas consiste en averiguar el número de

loci que codifican para el sistema enzimático analizado, el número de alelos de cada locus y

las relaciones de dominancia o codominancia que existen entre los diferentes alelos que dan

lugar a las isoenzimas estudiadas. Igualmente, para descubrir el control genético de las

isoenzimas analizadas es importante conocer su estructura cuaternaria, es decir, el número

de cadenas polipeptídicas del enzima activo. Como ya hemos indicado anteriormente

existen fundamentalmente tres posibles tipos de estructuras cuaternarias activas: monómero

(un polipéptido), dímero (dos polipéptidos) y tetrámero (cuatro polipéptidos)

    Naturalmente, la forma más correcta de averiguar la estructura cuaternaria activa de

un enzima es llevar a cabo experimentos bioquímicos de disociación y reasociación de

subunidades "in vitro". Sin embargo, también es posible deducir el comportamiento

monomérico, dimérico o tetramérico de las isoenzimas mediante análisis genético clásico.

Por tanto, siguiendo la misma metodología de Mendel se puede averiguar la estructura

cuaternaria de una isoenzima, y además su control genético. Además del método utilizado

por Mendel, también es posible emplear otras opciones para averiguar la estructura

cuaternaria y el control genético de las isoenzimas, por ejemplo, estudiar los patrones

isoenzimáticos de los diferentes individuos de una población, analizar los zimogramas de

los diferentes tejidos de un mismo individuo y también estudiar los patrones isoenzimáticos

de individuos con diferentes constituciones cromosómicas.

Resumen del método utilizado por Mendel (cruzamientos en los que segrega un locus).

 

    Obtención de la primera generación filial (F1 con genotipo Aa) entre dos líneas puras

homocigóticas (P1 con genotipo AA y P2 con genotipo aa). Autofecundación o cruzamiento

de dos individuos de la F1 para conseguir la segunda generación filial (F2).

    Observando la apariencia externa (fenotipo) de los individuos de la F1 (Aa) es posible

deducir las relaciones de dominancia o codominancia de los alelos (A y a) que controlan el

carácter estudiado. Si el fenotipo (patrón isoenzimático) de la F1 es uniforme e igual al de

uno de los parentales (P1 o P2) se trata de un caso de dominancia, si el alelo A domina sobre

a (A>a) la F1 tiene el mismo aspecto que el parental P1. Los siete caracteres estudiados por

Mendel en guisante mostraban dominancia completa (Primera Ley de Mendel o Principio

de la Uniformidad).

    Si en los individuos de la F1 se expresan al mismo tiempo los dos alelos A y a, se dice

que existe codominancia (A=a) y su fenotipo (patrón isoenzimático) es diferente al de los

dos parentales (P1 y P2).

    En la segunda generación filial (F2) se observan individuos de tres genotipos distintos en

las siguientes proporciones: 1/4 AA, 1/2 Aa y 1/4 aa. Cuando existe dominancia completa

(A>a) en la F2 se observan dos fenotipos diferentes con las siguientes proporciones: 3/4 A y

1/4 a. En este caso no es posible distinguir a los homocigotos dominantes (AA) de los

heterocigotos (Aa) ya que ambos muestran la misma apariencia externa (Segunda Ley de

Mendel o Principio de la Segregación).

    Sin embargo, si entre los alelos A y a existe una relación de codominancia (A=a), en la

F2 encontraremos tres fenotipos distintos (patrones isoenzimáticos) con las siguientes

proporciones: 1/4 AA, 1/2 Aa y 1/4 aa. En este último caso, a cada genotipo le corresponde

una apariencia externa distinta. Los resultados obtenidos en la F2 nos permiten deducir en

ambos casos (dominancia completa A>a o codominancia A=a) que el carácter estudiado

(sistema enzimático) está controlado por un solo locus con dos alelos (A y a).

Hipótesis utilizada para el análisis de los patrones isoenzimáticos.

 

En todos los casos, de control genético que vamos a estudiar supondremos:

    1º) Que el análisis se lleva a cabo en un tejido diploide (con dos juegos de cromosomas).

    2º) Que todos los loci estudiados se encuentran en autosomas.

    3º) Que como consecuencia de lo dicho anteriormente, todos los genes se encuentran en

dos dosis.

    4º) Que los dos alelos de un mismo locus son igualmente activos, de manera que en un

individuo heterocigoto (Aa) en el que existe una dosis de alelo A que produce cadena

polipeptídica a y otra dosis de alelo a que codifica cadena b, hay igual cantidad de ambas

cadenas polipeptídicas (1/2 a : 1/2 b)

    5º) Que los díferentes monómeros, dímeros o tetrámeros (según el caso) son igualmente

activos y muestran la misma especificidad de sustrato.

    6º) Que en el caso de los dímeros y tetrámeros, las cadenas polipeptídicas se asocian al

azar para formar dímeros activos o tetrámeros activos, según el caso. 

    Para comprender mejor como es posible deducir la estructura cuaternaria y el

control genético de las isoenzimas empleando la metodología de Mendel, voy a presentar

los diferentes casos de estructura cuaternaria, comenzando por la situación más sencilla de

control genético, un locus con dos alelos, y estructura cuaternaria monomérica.

1.- Un locus con dos alelos con dominancia completa (A>a) y estructura cuaternaria

monomérica.

 

    Supondremos que el alelo activo A lleva información para el polipéptido a y que el alelo

a es un nulo. Un alelo nulo puede ser un alelo amorfo que llevaría información para un

polipéptido no funcional, o podría tratase de una deleción o pérdida del gen o alelo que

codifica para el polipéptido correspondiente. Un alelo nulo también podría ser un gen que

llevara información para un polipéptido que no es posible detectar mediante la tinción "in

vitro" que se lleva a cabo para teñir el enzima, pero que si tiene función fisiológica "in

vivo". En definitiva, un alelo nulo es aquel que no es posible detectarlo mediante el sistema

de tinción utilizado "in vitro". En esta situación los individuos homocigotos AA (P1)

producen cadena polipeptídica a y presentan una sola isoenzima (monómero a) los

homocigotos aa (P2) carecen de polipéptido activo y no presentan ninguna isoenzima, y los

heterocigotos Aa (F1) también sintetizan el monómero a y tienen, por tanto, una isoenzima

idéntica a la de los homocigotos AA. Los heterocigotos Aa (F1) tienen el mismo patrón

isoenzimático que los homocigotos dominantes AA. El cruzamiento de dos heterocigotos

(Aa x Aa) produce una F2 con dos clases individuos, los que tienen una sola isoenzima

(monómera) y los que carecen de isoenzima en proporciones 3/4 y 1/4, respectivamente.

Esta segregación de la F2 coincide con la esperada para un locus con dos alelos y

dominancia completa.

    Aunque lo más habitual es que exista codominancia entre los alelos que codifican

para isoenzimas, sin embargo, hay ejemplos de dominancia completa, como son las

Peroxidasas, Fosfatasas alcalinas y Esterasas. Estas isoenzimas además tienen en muchas

especies vegetales estructura monomérica.

 2.- Un locus con dos alelos codominantes (A=a) y estructura monomérica.

 

    En este caso, ambos alelos (A y a) dan lugar a polipéptidos activos, el alelo A lleva

información para la cadena polipeptídica a y el alelo a para la b. Los individuos

homocigóticos AA (P1) presentan un solo monómero activo (a) y los homocigóticos aa (P2)

muestran otro monómero activo (b) con distinta migración electroforética. El cruzamiento

de ambos homocigotos produce una F1 heterocigótica (Aa) que tiene simultáneamente las

dos isoenzimas (monómeros a y b) observados por separado en los parentales. Por tanto, en

los individuos de la F1 se expresan simultáneamente los dos alelos, existiendo

codominancia.

 

    El cruzamiento de dos heterocigotos (Aa x Aa) produce una F2 con tres clases individuos,

1/4 AA con una sola isoenzima (monómero a), 1/2 Aa con dos isoenzimas (monómeros a y

b) y 1/4 aa con otra isoenzima de menor migración (monómero b). En este caso, los dos

homocigotos presentan apariencias externas diferentes a las de los heterocigotos. La

segregación obtenida en la F2 se corresponde con la de un locus con dos alelos

codominantes.

3.- Un locus con dos alelos codominantes (A=a) y estructura cuaternaria dimérica.

 

El alelo A lleva información para el polipéptido a y el alelo a para la cadena

polipeptídica b. Supondremos que dos cadenas polipeptídicas se asocian al azar para formar

dímeros activos. Los homocigotos AA (parental P1) tienen solamente cadena a y forman

dímeros aa, tienen una isoenzima de migración rápida. Los homocigotos aa (parental P2)

poseen sólo cadena b y producen dímeros bb, poseen una isoenzima de migración lenta.

Hemos supuesto que los dímeros aa y bb muestran diferente migración electroforética. El

cruzamiento de ambos parentales origina una F1 heterocigótica (Aa) que tiene

simultáneamente cadena a y cadena b, por tanto, la asociación al azar de ambos

polipéptidos producirá tres clases de dímeros: aa, ab y bb. Si suponemos que a y b se

producen en igual cantidad (a:b relación 1:1), el heterodímero (ab+ba) es el doble de

probable que los homodímeros aa o los bb. 

 

    Por consiguiente, los individuos de la F1 presentan tres isoenzimas (dímeros) diferentes,

dos de ellas tienen la misma migración que las que muestran los parentales por separado

(los homodímeros) y, la otra muestra una migración intermedia entre ambas,

correspondiendo al heterodímero. Las intensidades relativas de las tres isoenzimas

presentes en los heterocigotos son 1:2:1 de mayor a menor migración electroforética,

respectivamente. 

 

    Los alelos A y a se están expresando simultáneamente en los heterocigotos (Aa)

existiendo, por tanto, codominancia. Si comparamos los patrones isoenzimáticos de los

individuos de la F1 cuando la estructura cuaternaria es monomérica y dimérica, llegaremos

a la conclusión de que en el primer caso (monómeros), los heterocigotos (Aa) de la F1 no

muestran bandas nuevas de migración intermedia entre las de los parentales, mientras que

en el segundo (dímeros), se observa una banda nueva de migración intermedia entre las de

los parentales.

    El cruzamiento de dos heterocigotos (Aa x Aa) produce una F2 con tres clases

individuos, 1/4 AA con una sola isoenzima (dímero aa), 1/2 Aa con tres isoenzimas

(dímeros aa, aby bb) y 1/4 aa con otra isoenzima de menor migración (dímero bb). Los

homocigotos (AA y aa) tienen apariencias externas distintas a la de los heterocigotos (Aa).

La segregación observada en la F2 corresponde a la de un locus con dos alelos

codominantes.

 4.- Un locus con dos alelos codominantes (A=a) y estructura cuaternaria tetramérica.

 

     El alelo A lleva información para el polipéptido a y el alelo a para la cadena

polipeptídica b. Supondremos que cuatro cadenas polipeptídicas se asocian al azar para

formar tetrámeros activos. Los homocigotos AA (parental P1) tienen solamente cadena a y

forman tetrámeros aaa, tienen una isoenzima de migración rápida. Los homocigotos aa

(parental P2) poseen sólo cadena b y producen tetrámeros bbbb, poseen una isoenzima de

migración lenta. Hemos supuesto que los tetrámeros aaaa y bbbb muestran diferente

migración electroforética. 

 

    El cruzamiento de ambos parentales origina una F1 heterocigótica (Aa) que tiene

simultáneamente cadena a y cadena b, por tanto, la asociación al azar de ambos

polipéptidos producirá cinco clases de tetrámeros: aaaa, aaab , aabb, abbb y bbbb. Si

suponemos que a y b se producen en igual cantidad (a:b relación 1:1), los

heterotetrámeros aaab y abbb son cuatro veces más probables que los homotetrámeros

aaaa o los bbbb ya que existen cuatro posibles heterotetrámeros del tipo aaab

(aaab+aaba+abaa+baaa) y otros cuatro del tipo abbb (abbb+babb+bbab+bbba).

De igual forma, el heterotetrámero que posee dos cadenas a y dos b (aabb) es seis veces

más probable que los homotetrámeros ya que existen seis posibles heterotetrámeros con dos

cadenas de tipo a y dos de tipo b (aabb+abab+abba+baab+baba+bbaa). 

    Por consiguiente, los individuos de la F1 presentan cinco isoenzimas (tetrámeros)

diferentes, dos de ellas tienen la misma migración que las que muestran los parentales por

separado (los homotetrámeros) y, las otras tres muestran una migración intermedia entre

ambas, correspondiendo a los heterotetrámeros. Las intensidades relativas de las cinco

isoenzimas presentes en los heterocigotos son 1:4:6:4:1 de mayor a menor migración

electroforética, respectivamente. 

 

    Los alelos A y a se están expresando simultáneamente en los heterocigotos (Aa)

existiendo, por tanto, codominancia. Si comparamos los patrones isoenzimáticos de los

individuos de la F1 cuando la estructura cuaternaria es monomérica, dimérica y tetramérica,

llegaremos a la conclusión de que en el primer caso (monómeros), los heterocigotos (Aa) de

la F1 no muestran bandas nuevas de migración intermedia entre las de los parentales, en el

segundo (dímeros), se observa una banda nueva de migración intermedia entre las de los

parentales, y en el tercer caso (los tetrámeros) los heterocigotos muestran tres bandas

nuevas de migración intermedia entre las de los parentales.

    El cruzamiento de dos heterocigotos (Aa x Aa) produce una F2 con tres clases

individuos, 1/4 AA con una sola isoenzima (tetrámero aaaa), 1/2 Aa con cinco isoenzimas

(tetrámeros aaaa, aaab , aabb, abbb y) y 1/4 aa con otra isoenzima de menor

migración (tetrámeros bbbb). Los homocigotos (AA y aa) tienen apariencias externas

distintas a la de los heterocigotos (Aa). La segregación observada en la F2 corresponde a la

de un locus con dos alelos codominantes.

    Hasta el momento, hemos considerado que las isoenzimas analizadas se ajustaban a

situaciones sencillas de control genético. En todos los casos, hemos supuesto la existencia

de un solo locus. A partir de ahora, vamos a complicar un poco nuestro estudio y vamos a

tener en cuenta que las isoenzimas analizadas pueden estar controladas por dos loci

independientes, es decir, por dos loci situados en cromosomas distintos o en el mismo

cromosoma pero muy lejos. En cualquier caso, supondremos que ambos loci (A,a y B,b) se

combinan de forma independiente según la Tercera Ley de Mendel.

Resumen del método utilizado por Mendel (cruzamientos en los que segregan dos

loci).

    Obtención de la primera generación filial (F1 con genotipo AaBb) entre dos líneas puras

homocigóticas (P1 con genotipo AABB y P2 con genotipo aabb). Autofecundación o

cruzamiento de dos individuos de la F1 para conseguir la segunda generación filial (F2).

    Observando la apariencia externa (fenotipo) de los individuos de la F1 (AaBb) es posible

deducir las relaciones de dominancia o codominancia de los alelos A y a y los alelos B y b

que controlan los caracteres estudiados. Si el fenotipo (patrón isoenzimático) de la F1 es

uniforme e igual al de uno de los parentales (P1 o P2) se trata de un caso de dominancia, si el

alelo A domina sobre a (A>a) y el B sobre el b (B>b) la F1 tiene el mismo aspecto que el

parental P1(Primera Ley de Mendel o Principio de la Uniformidad).

    Si en los individuos de la F1 se expresan al mismo tiempo los alelos A y a y los alelos B y

b, se dice que existe codominancia en ambos loci (A=a, B=b) y su fenotipo (patrón

isoenzimático) es diferente al de los dos parentales (P1 y P2).

    En la segunda generación filial (F2) se observan individuos de nueve genotipos distintos

en las siguientes proporciones: 1/16 AABB + 2/16 AABb + 1/16 Aabb + 2/16 AaBB + 4/16

AaBb + 2/16 Aabb + 1/16 aaBB + 2/16 aaBb + 1/16 aabb . Estas proporciones se obtienen

de la combinación independiente de lo que le sucede a cada locus por separado (1/4 AA +

1/2 Aa + 1/4 aa) X (1/4 BB + 1/2 Bb + 1/4 bb). Cuando existe dominancia completa en

ambos loci (A>a, B>b) en la F2 se observan cuatro fenotipos diferentes con las siguientes

proporciones: 9/16 AB, 3/16 Ab, 3/16 aB y 1/16 ab. En este caso no es posible distinguir a

los homocigotos dominantes de los heterocigotos en cada locus. Esta segregación fenotípica

también procede de la combinación independiente de lo que le sucede a cada locus por

separado, (3/4 A + 1/4 a)X (3/4 B + 1/4 b). (Tercera Ley de Mendel o Principio de la

Combinación Independiente).

    Sin embargo, si entre los alelos A y a existe una relación de codominancia (A=a), y entre

los alelos B y b también (B=b), en la F2 encontraremos nueve fenotipos distintos (patrones

isoenzimáticos), tantos como genotipos diferentes y con las mismas proporciones: 1/16

AABB + 2/16 AABb + 1/16 Aabb + 2/16 AaBB + 4/16 AaBb + 2/16 Aabb + 1/16 aaBB +

2/16 aaBb + 1/16 aabb . En este último caso, a cada genotipo le corresponde una apariencia

externa distinta.

5.- Dos loci independientes con dos alelos con dominancia completa en cada locus

(A>a) (B>b) y estructura cuaternaria monomérica.

 

    Supondremos que el alelo A lleva información para el polipéptido a mientras que el alelo

a es un nulo que no lleva información para cadena polipeptídica alguna. De igual forma,

aceptaremos que el alelo B lleva información para el polipéptido b mientras que el alelo b

es un alelo nulo que no codifica para cadena polipeptídica alguna. La migración del

polipéptido a es más rápida que la del polipéptido b, de forma que los homocigotos AAbb

muestran una isoenzima o monómero correspondiente al polipétido a. Sin embargo, los

homocigotos aaBB presentan una isoenzima de menor migración correspondiente al

monómero b. El cruzamiento de los homocigotos AAbb por aaBB da lugar a una F1

heterocigótica (AaBb) que presenta al mismo tiempo los monómeros a y b. Es decir, los

individuos de la F1 muestran al mismo tiempo los monómeros a y b observados por

separado en los parentales homocigóticos, tratándose, por lo tanto, de dominancia completa

en ambos loci (A>a y B>b). 

 

    El cruzamiento de dos diheterocigotos AaBb x AaBb origina una F2 formada por cuatro

clases de descendientes. Se observan individuos con dos isoenzimas o monómeros

(monómero a y monómero b) de igual aspecto que los individuos de la F1 (AaBb), dichos

individuos tienen al menos un alelo A y otro B, siendo, por tanto, su genotipo A-B-.

También, se obtienen en esta F2 individuos que poseen solamente el monómero a y que

tienen al menos un alelo A (genotipo A-bb) e individuos que solamente poseen una

isoenzima (el monómero b) teniendo al menos un alelo B (genotipo aaB-). Por ultimo, en

esta F2 se obtienen también individuos que no presentan ninguna isoenzima o monómero,

dichos individuos son homocigotos para los dos alelos nulos (aabb). Si tenemos en cuenta

que los loci A,a y B,b son independientes, es decir, que se encuentran en cromosomas

diferentes o en el mismo cromosoma pero muy alejados entre si, las proporciones con las

que se observan estos cuatro tipos de descendientes en la F2 es la siguiente: 9/16 A-B-, 3/16

A-bb, 3/16 aaB- y 1/16 aabb. Se cumple la segregación correspondiente a la 3ª ley de

Mendel o Principio de la Combinación Independiente 9 AB: 3 Ab : 3 aB : 1 ab.

   Es importante hacer notar que los patrones isoenzimáticos observados en este caso

son idénticos a los descritos para el caso de un locus con dos alelos codominantes (A=a) y

estructura cuaternaria monomérica. La única diferencia es que cuando se trata de dos loci

(A,a y B,b) con dominancia completa (A>a y B>b), en la F2 aparecen individuos que

carecen simultáneamente de las dos isoenzimas o monómeros a y b. Por consiguiente, para

decidir si se trata de un locus con dos alelos codominantes y estructura cuaternaria

monomérica o si se trata de dos loci con dominancia completa y estructura también

monomérica, es necesario observar en la F2 individuos que carezcan simultáneamente de

ambos monómeros, es decir, individuos sin isoenzimas. Cuando los loci analizados son

independientes, es relativamente fácil encontrar en la F2 individuos sin los dos monómeros,

ya que la proporción esperada es 1/16. Sin embargo, si ambos loci están situados sobre el

mismo cromosoma y muy cerca (están estrechamente ligados), la probabilidad de obtener

en la F2 individuos que carezcan de ambas isoenzimas o monómeros es muy baja. De

manera que para una distancia genética de 10 Morgan (Fracción de recombinación r=0,1) y

un total de 200 descendientes (N=200), solamente 1/4 p2 N carecerán de ambos

monómeros, es decir, ni si quiera se espera un individuo del tipo aabb, ya que 1/4 x (0,1)2

x 200 = 0,5. En tal situación (cuando no observamos individuos aabb), interpretaríamos que

las isoenzimas estudiadas son monómeros controlados por un solo locus con dos alelos

activos y codominantes.

 6.- Dos loci independientes con dos alelos codominantes cada locus (A=a y B=>b) y

estructura cuaternaria monomérica.

 

    En este caso, los alelos A y a dan lugar a polipéptidos activos, el alelo A lleva

información para la cadena polipeptídica a y el alelo a para la b. Los alelos B y b llevan

información para los polipéptidos activos d y g, respectivamente. Supondremos, para

facilitar la comprensión, que todos los monómeros presentan distinta migración, y que los

monómeros a y b muestran una mayor migración electroforética que los d y g. Los

homocigotos AABB tienen las isoenzimas o monómeros a y d, mientras que los

homocigotos aabb poseen los monómeros b y g. El cruzamiento de ambos homocigotos

(AABB x aabb) origina una F1 diheterocigótica que presenta simultáneamente las cuatro

isoenzimas o monómeros (a, b, d y g). Por tanto, en ambos loci los alelos son

codominantes (A=a y B=b), ya que en el heterocigoto se expresan simultáneamente ambos

alelos. Una de las características de la codominancia es que a cada genotipo le corresponde

un fenotipo o apariencia externa distinta, de manera que los homocigotos son distintos de

los heterocigotos. 

 

    El cruzamiento de dos diheterocigotos (AaBb x AaBb) da lugar a una F2 constituida por

nueve clases de individuos diferentes, tantas como genotipos distintos. Los nueve genotipos

diferentes de esta F2 se obtienen combinando de forma independiente lo que le sucede a

cada locus por separado, de manera, que en el locus A,a se observan tres clases de

individuos en las proporciones 1/4 AA + 1/2 Aa + 1/4 aa; en el locus B,b se obtienen

también tres clases de individuos en las proporciones 1/4 BB + 1/2 Bb + 1/4 bb. La

combinación independiente de ambos loci (1/4 AA + 1/2 Aa + 1/4 aa) X (1/4 BB + 1/2 Bb +

1/4 bb) da como resultado la siguiente segregación en la F2: 1/16 AABB + 2/16 AABb +

1/16 Aabb + 2/16 AaBB + 4/16 AaBb + 2/16 Aabb + 1/16 aaBB + 2/16 aaBb + 1/16 aabb.

En esta F2, como se puede observar, existen nueve fenotipos diferentes correspondientes a

los nueve genotipos anteriormente mencionados. Además, los individuos de la F2 muestran

dos, tres o cuatro monómeros. Los homocigotos para ambos loci presentan dos isoenzimas:

a y d (AABB), a y g (AAbb), b y d (aaBB) o b y g (aabb). Los diheterocigotos tienen

cuatro isoenzimas o monómeros, como los individuos de la F1: a, b, d y g. Los

homocigotos para un locus y heterocigotos para el otro locus presentan tres monómeros:

AABb (a, d y g), aaBb (b, d y g), AaBB (a, b y d) y Aabb (a, b y g).

    La segregación obtenida en la F2 corresponde a la esperada cuando los loci analizados

son independientes, es decir, cuando se encuentran situados en cromosomas distintos o en

el mismo cromosoma pero muy lejos. En el caso de que se comporten como estrechamente

ligados (están en el mismo cromosoma y muy juntos) las proporciones relativas de los

diferentes individuos son distintas a las obtenidas en independencia.

7.- Dos loci independientes con dos alelos codominantes cada locus (A=a y B=>b) y

estructura cuaternaria dimérica.

 

    Supondremos que los alelos codominantes A y a llevan información para los polipéptidos

a y b, mientras que los alelos codominantes B y b codifican para los polipéptidos d y g.

Igualmente, imaginaremos que los cuatro homodímeros posibles (aa, bb, dd y gg)

presentan distinta migración sobre los geles, los homodímeros aa y bb mayor migración

que los homodímeros dd y gg. También supondremos que ambos loci A,a y B,b codifican

para isoenzimas con la misma localización subcelular, por consiguiente, pueden aparecer

heterodímeros entre los polipéptidos codificados por alelos de distinto locus, es decir,

heterodímeros ad o ag o bd o bg. En tal situación, los homocigotos AABB muestran los

dímeros aa, ad y dd; y los homocigotos aabb tienen los dímeros bb, bg y gg. El

cruzamiento de ambos homocigotos (AABB x aabb) da lugar a una F1 diheterocigótica que

presenta nueve bandas distintas, las mismas que se observan en los parentales por separado

y tres nuevas de migración intermedia. Cada una de las bandas de la F1 corresponde a un

dímero diferente, excepto la banda central que se debe a la superposición de dos

heterodímeros con igual migración (ag+bd). 

 

    Debido a que existe codominancia entre los alelos de los loci A,a y B,b y a que se

producen heterodímeros entre las cadenas polipeptídicas codificadas por alelos de

diferentes loci, en los diheterocigotos se producen 10 dímeros distintos que de mayor a

menor migración originan nueve bandas aa, ab, bb, ad, (ag+bd), ag, dd, dg y gg. Las

intensidades relativas de estas nueve bandas se obtienen recordando que los heterodímeros

tienen doble probabilidad que los homodímeros y que la banda central es la superposición

de dos heterodímeros, por tanto, las intensidades relativas de las nueve bandas aa, ab, bb,

ad, (ag+bd), ag, dd, dg y gg son 1:2:1:2:4:2:1:2:1, respectivamente.

   El cruzamiento de dos diheterocigotos (AaBb x AaBb) origina una F2 constituida por

nueve tipos de descendientes. Los nueve genotipos diferentes de esta F2 se obtienen

combinando de forma independiente lo que le sucede a cada locus por separado, de manera,

que en el locus A,a se observan tres clases de individuos en las proporciones 1/4 AA + 1/2

Aa + 1/4 aa; en el locus B,b se obtienen también tres clases de individuos en las

proporciones 1/4 BB + 1/2 Bb + 1/4 bb. La combinación independiente de ambos loci (1/4

AA + 1/2 Aa + 1/4 aa) X (1/4 BB + 1/2 Bb + 1/4 bb) da como resultado la siguiente

segregación en la F2: 1/16 AABB + 2/16 AABb + 1/16 Aabb + 2/16 AaBB + 4/16 AaBb +

2/16 Aabb + 1/16 aaBB + 2/16 aaBb + 1/16 aabb. Los homocigotos para ambos loci

muestran tres dímeros AABB (aa, ad y dd), aabb (bb, bg y gg), AAbb (aa, ag y gg) y

aaBB (bb, bd y dd). Los diheterocigotos (AaBb) muestran el mismo patrón isoenzimático

que los individuos de la F1, nueve isoenzimas. Los homocigotos para un locus y

heterocigotos en el otro tienen seis dímeros con las intensidades relativas indicadas en cada

caso: 1aa:2ab:1bb:4ad:4bd:4dd en los individuos AaBB, 1aa:2ab:1bb:4ag:4bg:4gg

para los Aabb, 4aa:4ad:4ag:1dd:2dg:1gg en AABb y 4bb:4bd:4bg:1dd:2dg:1gg en los

individuos aaBb.

    La segregación obtenida en la F2 corresponde a la esperada en caso de independencia, es

decir, cuando los loci se encuentran situados en cromosomas distintos o en el mismo

cromosoma pero muy lejos. En el caso de ligamiento estrecho (ubicados en el mismo

cromosoma y muy juntos), las proporciones relativas de los diferentes individuos son

distintas a las obtenidas en independencia.

   En el supuesto de que los loci analizados codificaran para isoenzimas con diferente

localización subcelular, por ejemplo, el locus A,a para isoenzimas situadas en la

mitocondria y el locus B,b para isoenzimas ubicadas en el citoplasma, los patrones

isoenzimáticos serian más sencillos, ya que no se observarían heterodímeros entre los alelos

correspondientes a polipéptidos con diferente localización subcelular. Los homocigotos

para ambos loci solamente mostrarían dos homodímeros y los diheterocigotos (AaBb)

tendrían solamente seis dímeros o bandas distintas en vez de las nueve bandas y 10 dímeros

descritos en el caso anterior. Los homocigotos en un locus y heterocigotos en el otro

presentarían cuatro isoenzimas en vez de las seis observadas en el ejemplo anterior.

8.- Series alélicas y cruzamientos entre individuos heterocigotos para distintos alelos

de un mismo locus.

   Hasta el momento, hemos considerado que en cada uno de los loci analizados

existían solamente dos alternativas o alelos. Sin embargo, cuando se llevan a cabo análisis

isoenzimáticos en poblaciones es frecuente encontrar que en un locus existen más de dos

alelos o formas alternativas. Una serie alélica tiene lugar siempre que existen más de dos

alelos en un mismo locus, el ejemplo típico de serie alélica es el sistema ABO de grupos

sanguíneos en la especie humana.

   El número total de genotipos diferentes que se pueden encontrar en una población

para un locus en el que existen n alelos es:

 

CR = n(n+1)/2 ; CR = Combinaciones con repetición

   El número total de genotipos homocigóticos distintos es n (tantos como alelos

diferentes), y el número de genotipos heterocigóticos es:

 

C = n(n-1)/2 ; C = Combinaciones

 

   Si nos imaginamos un locus con cuatro alelos codominantes (A1,A2, A3 y A4),

tendremos un total de 10 genotipos distintos, de los cuales cuatro son homocigotos (A1A1,

A2A2, A3A3 y A4A4) y seis son heterocigotos (A1A2, A1A3, A1A4, A2A3, A2A4, y A3A4). El

número de fenotipos distintos es igual que el de genotipos ya que existe codominancia.

   Hasta ahora, para averiguar el control genético de las isoenzimas estudiadas,

siempre hemos supuesto que la F2 se obtenía mediante el cruzamiento de dos heterocigotos

idénticos (Aa x Aa). Sin embargo, cuando en el locus analizado existen más de dos alelos,

en muchos casos se pueden realizar cruzamientos entre individuos heterocigóticos para

distintos alelos. Por ejemplo, A1A2 x A1A3 o A1A2 x A3A4.

   Para comprender mejor lo que sucede en este tipo de cruzamientos, vamos a suponer

en todos los casos que se trata de un locus en el que existen cuatro alelos distintos y

codominantes (A1, A2, A3 y A4) que codifican para cuatro cadenas polipeptídicas con

diferente migración electroforética (a, b, d y g, respectivamente). Igualmente, para

comenzar supondremos que la estructura cuaternaria activa de nuestra enzima es

monomérica.

   En la descendencia de un cruzamiento entre individuos heterocigóticos para alelos

diferentes (A1A2 x A3A4) nos encontraremos cuatro clases de descendientes en igual

proporción. A este resultado se llega pensando que uno de los heterocigotos parentales

(A1A2) produce dos clases de gametos en igual proporción, 1/2 A1 + 1/2 A2; y el otro

heterocigoto origina también otros dos tipos de gametos en igual cantidad 1/2 A3 +1/2 A4. 

 

    Por tanto, la descendencia se obtiene combinando de forma independiente los gametos

producidos por cada parental (1/2 A1 + 1/2 A2) X (1/2 A3 +1/2 A4) = 1/4 A1A3 + 1/4 A1A4 +

1/4 A2A3 + 1/4 A2A4. Como se puede observar, a pesar de tratarse de la segregación de un

solo locus, aparecen cuatro clases de descendientes, y además todos son heterocigóticos con

dos bandas y con un patrón isoenzimático diferente al de sus padres.

   También es posible realizar cruzamientos entre heterocigotos que tienen un alelo

común (por ejemplo A1), siendo los otros diferentes (A1A2 X A1A3). La descendencia que se

obtiene también está formada por cuatro clases de individuos en igual proporción, (1/2 A1 +

1/2 A2) X (1/2 A1 +1/2 A3) = 1/4 A1A1 + 1/4 A1A3 + 1/4 A2A1 + 1/4 A2A3), aunque entre

ellos hay homocigotos.

 

   Si las isoenzimas que estamos analizando tienen estructura cuaternaria dimérica o

tetramérica, y seguimos suponiendo que están controladas por un solo locus con cuatro

alelos que codifican para cadenas polipeptídicas con distintas migraciones electroforéticas,

los resultados serian semejantes a los anteriores, cambiando simplemente el patrón

isoenzimático presentado por los descendientes.

En la descendencia de un cruzamiento entre individuos heterocigóticos para alelos

diferentes (A1A2 x A3A4) que codifican para cadenas polipeptídicas (a, b, d y g ) que dan

lugar a isoenzimas diméricas, nos encontraremos cuatro clases de descendientes en igual

proporción, (1/2 A1 + 1/2 A2) X (1/2 A3 +1/2 A4) = 1/4 A1A3 + 1/4 A1A4 + 1/4 A2A3 + 1/4

A2A4. Estos descendientes son todos heterocigóticos y muestran tres bandas (dos

homodímeros en los extremos y un heterodímero de migración intermedia entre ambos

homodímeros).

 

    En la descendencia de un cruzamiento entre individuos heterocigóticos para alelos

diferentes (A1A2 x A3A4) que codifican para cadenas polipeptídicas (a, b, d y g ) que dan

lugar a isoenzimas tetraméricas, nos encontraremos cuatro clases de descendientes en igual

proporción, (1/2 A1 + 1/2 A2) X (1/2 A3 +1/2 A4) = 1/4 A1A3 + 1/4 A1A4 + 1/4 A2A3 + 1/4

A2A4. Estos descendientes son todos heterocigóticos y muestran cinco bandas (dos

homotetrámeros en los extremos y tres heterotetrámeros de migración intermedia entre

ambos homotetrámeros).