Monografias | Genoma HumanoGenoma HumanoResumen: Función de los genes: el ADN y el código de la vida. Código genético. La transmisión de genes. Replicación del ADN. Ligamiento genético y mapa genético. Mutación. Genoma humano - ética.(V) Indice 2.
Función de los genes: el ADN y el código de la vida 6.
Ligamiento genético y mapa genético El
Genoma Humano es el número total de cromosomas del cuerpo. Los cromosomas
contienen aproximadamente 80.000 genes, los responsables de la herencia. La
información contenida en los genes ha sido decodificada y permite a la
ciencia conocer mediante tests genéticos, qué enfermedades podrá sufrir una
persona en su vida. También con ese conocimiento se podrán tratar
enfermedades hasta ahora incurables. Pero el conocimiento del código de un
genoma abre las puertas para nuevos conflictos ético-morales, por ejemplo,
seleccionar que bebes van a nacer, o clonar seres por su perfección. Esto
atentaría contra la diversidad biológica y reinstalaría entre otras la
cultura de una raza superior, dejando marginados a los demás. Quienes tengan
desventaja genética quedarían excluidos de los trabajos, compañías de
seguro, seguro social, etc. similar a la discriminación que existe en los
trabajos con las mujeres respecto del embarazo y los hijos. Un
genoma es el número total de cromosomas, o sea todo el DNA (ácido
desoxirribonucleico) de un organismo, incluido sus genes, los cuales llevan la
información para la elaboración de todas las proteínas requeridas por el
organismo, y las que determinan el aspecto, el funcionamiento, el metabolismo,
la resistencia a infecciones y otras enfermedades, y también algunos de sus
procederes. En
otras palabras, es el código que hace que seamos como somos. Un gen es la
unidad física, funcional y fundamental de la herencia. Es una secuencia de
nucleótidos ordenada y ubicada en una posición especial de un cromosoma. Un
gen contiene el código específico de un producto funcional. El
DNA es la molécula que contiene el código de la información genética. Es
una molécula con una doble hebra que se mantienen juntas por uniones lábiles
entre pares de bases de nucleótidos. Los nucleótidos contienen las bases
Adenina(A), guanina (G), citosina (C) y timina (T). La
importancia de conocer acabadamente el genoma es que todas las enfermedades
tienen un componente genético, tanto las hereditarias como las resultantes de
respuestas corporales al medio ambiente. El
Proyecto Genoma Humano es una investigación internacional que busca
seleccionar un modelo de organismo humano por medio del mapeo de la secuencia
de su DNA. Se inició oficialmente en 1990 como un programa de quince años
con el que se pretendía registrar los 80.000 genes que codifican la información
necesaria para construir y mantener la vida. Los rápidos avances tecnológicos
han acelerado los tiempos esperándose que se termine la investigación
completa en el 2003. Cuando
faltan sólo tres años (2003) para el cincuentenario del descubrimiento de la
estructura de la doble hélice por parte de Watson & Crick (1953), se ha
producido el mapeo casi completo del mismo. Los
objetivos del Proyecto son: ·
Identificar los aproximadamente 100.000 genes humanos en el DNA. ·
Determinar la secuencia de 3 billones de bases químicas que conforman
el DNA. ·
Acumular la información en bases de datos. ·
Desarrollar de modo rápido y eficiente tecnologías de secuenciación. ·
Desarrollar herramientas para análisis de datos. ·
Dirigir las cuestiones éticas, legales y sociales que se derivan del
proyecto. Este
proyecto ha suscitado análisis éticos, legales, sociales y humanos que han
ido más allá de la investigación científica propiamente dicha. (Declaración
sobre Dignidad y Genoma Humanos, UNESCO). El
propósito inicial fue el de dotar al mundo de herramientas trascendentales e
innovadoras para el tratamiento y prevención de enfermedades. Como se expresó,
el genoma es el conjunto de instrucciones completas para construir un
organismo, humano o cualquiera. El genoma contiene el diseño de las
estructuras celulares y las actividades de las células del organismo. El núcleo
de cada célula contiene el genoma que está conformado por 24 pares de
cromosomas, los que a su vez contienen alrededor de 80.000 a 100.000 genes,
los que están formados por 3 billones de pares de bases, cuya secuencia hace
la diferencia entre los organismos. Se
localiza en el núcleo de las células. Consiste en hebras de DNA
estrechamente arrolladas y moléculas de proteína asociadas, organizadas en
estructuras llamadas cromosomas. Si desenrollamos las hebras y las adosamos
medirían mas de 5 pies, sin embargo su ancho sería ínfimo, cerca de 50
trillonésimos de pulgada. El
DNA que conforma el genoma, contiene toda la información necesaria para
construir y mantener la vida desde una simple bacteria hasta el organismo
humano. Comprender como el DNA realiza la función requiere de conocimiento de
su estructura y organización. La
molécula de DNA consiste de dos hebras arrolladas helicoidalmente, una
alrededor de la otra como escaleras que giran sobre un eje, cuyos lados hechos
de azúcar y moléculas de fosfato se conectan por uniones de nitrógeno
llamadas bases. Cada
hebra es un acomodamiento linear de unidades similares repetidas llamadas
nucleótidos, los que se componen de un azúcar, un fosfato y una base
nitrogenada. Cuatro bases diferentes están presentes en la molécula de DNA y
son: ·
Adenina (A) ·
Timina (T) ·
Citosina (C) ·
Guanina (G) El
orden particular de las mismas es llamada secuencia de DNA, la cual especifica
la exacta instrucción genética requerida para crear un organismo particular
con características que le son propias. La adenina y la guanina son bases púricas,
en cambio la citosina y la timina son bases pirimidínicas. Las
dos hebras de DNA son mantenidas juntas por uniones entre bases que forman los
pares de bases. El tamaño del genoma es usualmente basado en el total de
pares de bases. En la especia humana, contiene aproximadamente 3 billones de
pares de bases. Otros organismos estudiados con motivo de éste estudio fueron
la bacteria Escherichia coli, la mosca de la fruta, y las ratas de
laboratorio. Cada
vez que la célula se divide en células hijas, el genoma total se duplica, en
el caso del genoma humano esta duplicación tiene lugar en el núcleo celular.
Durante la división, el DNA se desenrolla y rompe las uniones entre pares de
base permitiendo a las hebras separarse. Cada hebra dirige la síntesis de una
nueva hebra complementaria con nucleótidos libres que coinciden con sus bases
complementarias de cada hebra separada. Existe
una forma estricta de unión de bases, así se forman pares de adenina -
timina (AT) y citosina - guanina (CG). Cada célula hija recibe una hebra
vieja y una nueva. Cada molécula de DNA contiene muchos genes, la base física
y funcional de la herencia. Un gen es una secuencia específica de nucleótidos
base, los cuales llevan la información requerida para la construcción de
proteínas que proveerán de los componentes estructurales a las células y
tejidos como también a las enzimas para una esencial reacción bioquímica. El
genoma humano comprende aproximadamente entre 80.000 y 100.000 genes. Sólo
el10% del genoma incluye la secuencia de codificación proteica de los genes.
Entremezclado con muchos genes hay secuencias sin función de codificación,
de función desconocida hasta el momento. Los
tres billones de pares de bases del genoma humano están organizados en 23
unidades distintas y físicamente separadas, llamadas cromosomas. Todos los
genes están dispuestos linealmente a lo largo de los cromosomas. EL núcleo
de muchas células humanas contiene dos tipos de cromosomas, uno por cada
padre. Cada set, tiene 23 cromosomas simples, 22 de tipo autosómico y uno que
puede ser X o Y que es el cromosoma sexual. Una mujer normal tendrá un par de
cromosomas X (XX), y un hombre normal tendrá un cromosoma X y otro Y (XY).
Los cromosomas contienen aproximadamente igual cantidad de partes de proteína
y DNA. El DNA cromosómico contiene un promedio de 150 millones de bases. Los
cromosomas pueden ser evidenciables mediante microscopio óptico y cuando son
teñidos revelan patrones de luz y bandas oscuras con variaciones regionales.
Las diferencias en tamaño y de patrón de bandas permite que se distingan los
24 cromosomas uno de otro, el análisis se llama cariotipo. Las
anomalías cromosómicas mayores incluyen la pérdida o copias extra, o pérdidas
importantes, fusiones, translocaciones detectables microscópicamente. Así,
en el Sindrome de Down se detectauna tercer copia del par 21 o trisomía 21. Otros
cambios son tan sutiles que solo pueden ser detectados por análisis
molecular, se llaman mutaciones. Muchas mutaciones están involucradas en
enfermedades como la fibrosis quística, anemias de células falciformes,
predisposiciones a ciertos cánceres, o a enfermedades psiquiátricas mayores,
entre otras. Toda
persona posee en sus cromosomas frente a cada gen paterno su correspondiente
gen materno. Cuando ese par de genes materno-paterno (grupo alemorfo) son
determinantes de igual función o rasgo hereditario, se dice que el individuo
es homocigótico para tal rasgo, por el contrario se dice que es heterocigótico.
Como ejemplo podemos citar que un gen transmita el rasgo hereditario del color
de ojos verde y el otro el color de ojos marrón. Se trata de heterocitogas
para el rasgo color de ojos. Si a su vez, uno de esos genes domina en la
expresión del rasgo al otro gen enfrentado, se dice que es un gen heredado
dominante, de lo contrario se dice que es recesivo. Las
instrucciones de los genes son transmitidas indirectamente a través del ARN
mensajero (ARNm), el cual es un intermediario transitorio. Para que la
información de un gen sea expresada, un RNA complementario produce un proceso
llamado trascripción, desde la plantilla del DNA del núcleo. Este RNAm, se
mueve desde el núcleo hasta el citoplasma celular, donde sirve como plantilla
para la síntesis protéica. La
maquinaria celular que sintetiza proteínas traduce los códigos en cadenas de
aminoácidos que constituyen la proteína molecular. En el laboratorio se
puede aislar el ARNmy ser utilizado como plantilla para sintetizar un DNA
complementario (DNAc), el cual puede ser usado para ubicar los genes
correspondientes en el mapa cromosómico. Desde
un punto de vista no científico, el mapa del genoma humano es una herramienta
genética que permite estudiar la evolución del hombre y que cambiará drásticamente
la medicina actual tal como la conocemos. Será una cambio de paradigma.
Permitirá el tratamiento de enfermedades hasta ahora sin cura. Las
investigaciones estuvieron a cargo fundamentalmente de Estados Unidos
(Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano -NHGRI- de Maryland) y
Gran Bretaña (Centro Sanger en Cambridge), pero también acompañaron
Francia, Alemania, Japón y China. Hoy
el mapa del genoma está casi completado. Se abre también el camino para la
manipulación genética, motivo por el cual se han dictado documentos
tendientes a acotar ese aspecto. La empresa privada Celera Genomics de
Rockville (EEUU), es la que lidera los procesos. La investigación duró diez
años e insumió cerca de 2.000 millones de costo. La
fiabilidad del mapa de 3.000 millones de pares de bases llegará a un 99,99%.
Además se conocerá el número preciso de genes del organismo calculado entre
60.000 y 100.000. Actualmente el 85% del genoma está detalladamente mapeado. El
mito del ser humano inmortal y perfecto se asocia a la aplicación practica de
los conocimientos del mapa del genoma humano. Como se puede apreciar, la búsqueda
de la raza perfecta buscada hace años por Hitler resulta ser una aspiración
de la raza humana ahora encarnada en el proyecto del genoma humano. El
conocimiento del genoma permitirá que se creen nuevas drogas terapéuticas
que desplazarán a las anteriores en la medida que los presupuestos permitan
comprarlas. De este modo se podrá polarizar la industria farmacéutica. Las
nuevas drogas prometen tener menores efectos colaterales que las actuales. Se
puede comparar la medicina tradicional como a un técnico que pone a punto un
programa de computación ajeno con otro que conoce el código del mismo. Hoy
ya con el conocimiento del genoma humano, conocemos el código, antes sólo
podíamos configurar el programa. Será pues el mayor avance médico de la
humanidad. Se
le podrá informar a una persona, que puede comer alimentos grasos porque
carece de predisposición genética a la obesidad y a enfermedades cardíacas,
pero que debe huir del alcohol porque es genéticamente propenso al
alcoholismo. Además el grado de certidumbre que otorga el conocimiento del código
genético resultaría más creíble para la persona en cuestión, ya que sabe
que lo que se le informa será absolutamente cierto. Es una predicción
absoluta, de su futuro. Podríamos hablar de genomancia o sea la adivinación
del futuro mediante el código genético. Si
una persona carece de un determinado tipo de célula que le produce una
enfermedad, la misma se podrá cultivar y luego colocar al sujeto. Claro que
ésto debería en principio ser realizado periódicamente ya que el sujeto
carecería de la habilidad propia para restaurar la función. Pero la terapia
de línea germinal, apuntaría a solucionar ese inconveniente, ya que afectaría
las futuras generaciones celulares. Esto es impredecible y éticamente
intolerable, pero de no serlo o de permitirse se borrarían del planeta el síndrome
de Down o el SIDA. Hasta
ahora, el médico ha tenido muy clara su tarea: devolver al paciente al estado
natural de salud. Pero cuando pueda manipular el programa vital, ¿resistirá
la tentación de mejorar el modelo?. Dentro
de los llamados beneficios anticipados del Proyecto figuran a nivel de
Medicina molecular, la posibilidad de mejorar el diagnostico de enfermedades,
detección temprana de predisposiciones genéticas a ciertas enfermedades, el
diseño racional de drogas, terapia génica, sistemas de control para drogas y
farmacogenomas. Se
ha estudiado un gen que determina la producción de la proteína llamada
SPARC, la que normalmente impide al organismo atacar y anular células cancerígenas.
La terapia génica en éstos casos actúa permitiendo que las células
cancerosas sean atacadas por el organismo. A
nivel de genomas microbianos, sirvió para explorar nuevas fuentes de energía
(bioenergía), monitoreo del medio ambiente para detección de poluciones,
protección contra guerra Química y biológica y eficiente limpiado de
residuos tóxicos. También es útil para estimar el daño y riesgo por
exposición a la radiación, agentes mutagénicos, toxinas cancerígenas y
reducción de probabilidad de mutaciones hereditarias. La identificación de
oncogenes (genes que permiten que un sujeto que se exponga a ciertas
sustancias desarrolle un determinado tumor, ejemplo, quien posea el oncogen
para el cáncer de pulmón y fume cigarrillos desarrollará cáncer de pulmón
a diferencia de quien no tenga dicho oncogen). En
bioarqueología, evolucionismo y migración humana tiene su utilidad en las
mutaciones de linaje, migraciones de diferentes grupos poblacionales basados
en el DNA mitocondrial, mutaciones del cromosoma Y, además de comparar los
cambios evolutivos con eventos históricos. En
identificación forense, para potenciales sospechosos en los cuales el DNA
puede conducir a liberar a personas que fueran acusadas de crímenes
injustamente, para identificar víctimas de catástrofes, paternidad y otras
relaciones familiares, identificar y proteger especies en peligro, detectar
bacterias que pueden polucionar agua, aire, alimentos, determinar
compatibilidad de órganos donantes en programas de trasplante, determinar el
pedigree en ganados y para autenticar productos de consumo como caviar, vinos. En
agricultura, ganadería y bioprocesamientos, se utiliza para mejorar la
resistencia de cultivos ante insectos, sequías, para hacerlos más
productivos y saludables igualmente para producir animales más saludables y
nutritivos, elaborar biopesticidas, vacunas comestibles y nueva limpieza del
medio ambiente de plantas como tabaco. Los
problemas derivados de la investigación genética son la equidad en su uso
por parte de aseguradoras, seguro social, escuelas, agencias de adopción,
cumplimiento de la ley, instituciones militares. A quien pertenece la potestad
del control? Otro problema es el impacto psicológico y la estigmatización
debido a diferencias individuales y acerca de cómo influirá a la sociedad el
determinismo genético. El personal que cuida de la salud aconsejará a los
padres acerca de los riesgos y limitaciones de la tecnología genética. Qué
tan confiable será, además de útil, el testeo genético fetal? Respecto
de la terapia génica usada para tratar o curar trastornos genéticos plantea
la pregunta acerca de qué es una discapacidad o trastorno y quién decide
acerca del mismo. Las
dishabilidades son enfermedades? ¿Deben ser curadas o prevenidas? Si
ésto se vuelve una práctica común, como podría afectar la diversidad genética? Finalmente,
que consecuencias sociales traería a la humanidad? La
equidad en el uso de las tecnologías génicas, plantea quién tendrá acceso
a la misma y quien pagará por su uso. Los
estudios clínicos incluyen educación de proveedores de servicios de salud,
pacientes y público, acerca de cómo se implementarán los testeos genéticos. En
1992, Craig Venter, investigador del NHI (National Health Institute) solicitó
patentes por 2750 fragmentos de ADN. El original pedido de patentamiento fue
rechazado por no cumplir con los requisitos técnicos de las patentes ya que
las funciones de dichos fragmentos no estaban definidas todavía, al menos públicamente.
Sin embargo el hecho devino en una furia de patentamientos similares.
Actualmente Venter y su socio Hunkapiller, experto en bioinformática,
trabajan en Celera Genomics y su meta es descifrar el genoma en su totalidad
en el 2001. 2.
Función de los genes: el ADN y el código de la vida Después
de que la ciencia de la genética se estableciera y de que se clarificaran los
patrones de la herencia a través de los genes, las preguntas más importantes
permanecieron sin respuesta durante más de cincuenta años: ¿cómo se copian
los cromosomas y sus genes de una célula a otra, y cómo determinan éstos la
estructura y conducta de los seres vivos? A principios de la década de 1940,
dos genetistas estadounidenses, George Wells Beadle y Edward Lawrie Tatum,
proporcionaron las primeras pistas importantes. Trabajaron con el hongo
Neurospora y Penicillium, y descubrieron que los genes dirigen la formación
de enzimas a través de las unidades que los constituyen. Cada unidad (un
polipéptido) está producida por un gen específico. Este trabajo orientó
los estudios hacia la naturaleza química de los genes y ayudó a establecer
el campo de la genética molecular. Desde hace tiempo se sabe que los
cromosomas están compuestos casi en su totalidad por dos tipos de sustancias
químicas, proteínas y ácidos nucleicos. Debido en parte a la estrecha
relación establecida entre los genes y las enzimas, que son proteínas, al
principio estas últimas parecían la sustancia fundamental que determinaba la
herencia. Sin embargo, en 1944, el bacteriólogo canadiense Oswald Theodore
Avery demostró que el ácido desoxirribonucleico (ADN) era el que desempeñaba
esta función. Extrajo el ADN de una cepa de bacterias y lo introdujo en otra
cepa. La segunda no sólo adquirió las características de la primera sino
que también las transmitió a generaciones posteriores. Por aquel entonces,
se sabía que el ADN estaba formado por unas sustancias denominadas nucleótidos.
Cada nucleótido estaba compuesto a su vez por un grupo fosfato, un azúcar
conocido como desoxirribosa, y una de las cuatro bases que contienen nitrógeno.
Las cuatro bases nitrogenadas son adenina (A), timina (T), guanina (G) y
citosina (C).En 1953, el genetista estadounidense James Dewey Watson y el británico
Francis Harry Compton Crick aunaron sus conocimientos químicos y trabajaron
juntos en la estructura del ADN. Esta información proporcionó de inmediato
los medios necesarios para comprender cómo se copia la información
hereditaria. Watson y Crick descubrieron que la molécula de ADN está formada
por dos cadenas, o filamentos, alargadas que se enrollan formando una doble hélice,
algo parecido a una larga escalera de caracol. Las cadenas, o lados de la
escalera, están constituidas por moléculas de fosfato e hidratos de carbono
que se alternan. Las bases nitrogenadas, dispuestas en parejas, representan
los escalones. Cada base está unida a una molécula de azúcar y ligada por
un enlace de hidrógeno a una base complementaria localizada en la cadena
opuesta. La adenina siempre se vincula con la timina, y la guanina con la
citosina. Para hacer una copia nueva e idéntica de la molécula de ADN, sólo
se necesita que las dos cadenas se extiendan y se separen por sus bases (que
están unidas de forma débil); gracias a la presencia en la célula de más
nucleótidos, se pueden unir a cada cadena separada bases complementarias
nuevas, formando dos dobles hélices. Si la secuencia de bases que existía en
una cadena era AGATC, la nueva contendría la secuencia complementaria, o
"imagen especular", TCTAG. Ya que la "base" de cada
cromosoma es una molécula larga de ADN formada por dos cadenas, la producción
de dos dobles hélices idénticas dará lugar a dos cromosomas idénticos La
estructura del ADN es en realidad mucho más larga que la del cromosoma, pero
se halla muy condensada. Ahora se sabe que este empaquetamiento se basa en
diminutas partículas llamadas nucleosomas, sólo visibles con el microscopio
electrónico más potente. El ADN está enrollado secuencialmente alrededor de
cada nucleosoma formando una estructura en forma de rosario. Entonces la
estructura se repliega aún más, de manera que las cuentas se asocian en
espirales regulares. Por esta razón, el ADN tiene una configuración en
espiral enrollada, parecida al filamento de una bombilla. Tras los
descubrimientos de Watson y Crick, quedó el interrogante de saber cómo el
ADN dirigía la formación de proteínas, los compuestos principales de todos
los procesos vitales. Las proteínas no son sólo los componentes principales
de la mayoría de las estructuras celulares, sino que también controlan casi
todas las reacciones químicas que se producen en la materia viva. La
capacidad de una proteína para formar parte de una estructura, o para ser una
enzima que influye sobre la frecuencia de una reacción química particular,
depende de su estructura molecular. Esta estructura depende a su vez de su
composición. Cada proteína está formada por uno o más componentes
denominados polipéptidos, y cada polipéptido está constituido por una
cadena de subunidades llamadas aminoácidos. En los polipéptidos hay veinte
tipos distintos de aminoácidos. Al final, el número, tipo y orden de los
aminoácidos en una cadena determina la estructura y función de la proteína
de la que forma parte. El
código genético Desde
que se demostró, que las proteínas eran producto de los genes, y que cada
gen estaba formado por fracciones de cadenas de ADN, los científicos llegaron
a la conclusión de que, debe haber un código genético, mediante el cual, el
orden de las cuatro bases nitrogenadas en el ADN, podría determinar la
secuencia de aminoácidos en la formación de polipéptidos. En otras
palabras, debe haber un proceso mediante el cual las bases nitrogenadas
transmitan la información que dicta la síntesis de proteínas. Este proceso
podría explicar cómo los genes controlan las formas y funciones de las células,
tejidos y organismos. Como en el ADN sólo hay cuatro tipos de nucleótidos,
y, sin embargo, las proteínas se constituyen con 20 clases diferentes de
aminoácidos, el código genético no podría basarse en que un nucleótido
especificara un aminoácido. Las combinaciones de dos nucleótidos sólo podrían
especificar 16 aminoácidos (42 = 16), de manera que el código debe estar
formado por combinaciones de tres o más nucleótidos sucesivos. El orden de
los tripletes, o como se han denominado, codones, podría definir el orden de
los aminoácidos en el polipéptido. Diez años después de que Watson y Crick
determinaran la estructura del ADN, el código genético fue descifrado y
verificado. Su solución dependió en gran medida de las investigaciones
llevadas a cabo sobre otro grupo de ácidos nucleicos, los ácidos
ribonucleicos (ARN). Se observó que la obtención de un polipéptido a partir
del ADN se producía de forma indirecta a través de una molécula intermedia
conocida como ARN mensajero (ARNm). Parte del ADN se desenrolla de su
empaquetamiento cromosómico, y las dos cadenas se separan en una porción de
su longitud. Una de ellas actúa como plantilla sobre la que se forma el ARNm
(con la ayuda de una enzima denominada ARN polimerasa). El proceso es muy
similar a la formación de una cadena complementaria de ADN durante la división
de la doble hélice, salvo que el ARN contiene uracilo (U) en lugar de timina
como una de sus cuatro bases nucleótidas, y el uracilo (similar a la timina)
se une a la adenina en la formación de pares complementarios. Por
esta razón, una secuencia de adenina-guanina-adenina-timina-citosina (AGATC)
en la cadena codificada de ADN, origina una secuencia de
uracilo-citosina-uracilo-adenina-guanina (UAUAG) en el ARNm. Trascripción La
formación de una cadena de ARN mensajero por una secuencia particular de ADN
se denomina trascripción. Antes de que termine la trascripción, el ARNm
comienza a desprenderse del ADN. Finalmente un extremo de la molécula nueva
de ARNm, que ahora es una cadena larga y delgada, se inserta en una estructura
pequeña llamada ribosoma, de un modo parecido a la introducción del hilo en
una cuenta. Al tiempo que el ribosoma se desplaza a lo largo del filamento de
ARNm, su extremo se puede insertar en un segundo ribosoma, y así
sucesivamente. Utilizando un microscopio de alta definición y técnicas
especiales de tinción, los científicos pueden tomar fotografías de las moléculas
de ARNm con sus unidades de ribosomas asociados. Los ribosomas están formados
por una proteína y ARN. El grupo de ribosomas unidos a un ARNm recibe el
nombre de polirribosoma o polisoma. Como cada ribosoma pasa a lo largo de toda
la molécula de ARNm, "lee" el código, es decir, la secuencia de
bases de nucleótidos del ARNm. La lectura, que se denomina traducción, tiene
lugar gracias a un tercer tipo de molécula de ARN de transferencia (ARNt),
que se origina sobre otro segmento del ADN. Sobre un lado de la molécula de
ARNt hay un triplete de nucleótidos y al otro lado una región a la que puede
unirse un aminoácido específico (con la ayuda de una enzima específica). El
triplete de cada ARNt es complementario de una secuencia determinada de tres
nucleótidos —el codón— en la cadena de ARNm. Debido a esta
complementariedad, el triplete es capaz de "reconocer" y adherirse
al codón. Por ejemplo, la secuencia uracilo-citosina-uracilo (UCU) sobre la
cadena de ARNm atrae al triplete adenina-guanina-adenina (AGA) del ARNt. El
triplete del ARNt recibe el nombre de anticodón. Como las moléculas de ARNt
se desplazan a lo largo de la cadena de ARNm en los ribosomas, cada uno
soporta un aminoácido. La secuencia de codones en el ARNm determina, por
tanto, el orden en que los aminoácidos son transportados por el ARNt al
ribosoma. En asociación con el ribosoma, se establecen enlaces químicos
entre los aminoácidos en una cadena formando un polipéptido. La nueva cadena
de polipéptidos se desprende del ribosoma y se repliega con una forma
característica determinada por la secuencia de aminoácidos. La forma de un
polipéptido y sus propiedades eléctricas, que están también determinadas
por la secuencia de aminoácidos, dictarán si el polipéptido permanece
aislado o se une a otros polipéptidos, así como qué tipo de función química
desempeñará después en el organismo. En las bacterias, los virus y las
algas verde azuladas, el cromosoma se encuentra libre en el citoplasma, y el
proceso de la traducción puede empezar incluso antes de que el proceso de la
trascripción (formación de ARNm) haya concluido. Sin embargo, en los
organismos más complejos los cromosomas están aislados en el núcleo y los
ribosomas sólo se observan en el citoplasma. Por esta razón, la traducción
del ARNm en una proteína sólo puede producirse después de que el ARNm se ha
desprendido del ADN y se ha desplazado fuera del núcleo. Intrones Un
descubrimiento reciente e inesperado es que, en los organismos superiores, los
genes están interrumpidos. A lo largo de una secuencia de nucleótidos que
codifican un polipéptido, en particular, puede haber una o más
interrupciones formadas por secuencias sin codificar. En algunos genes pueden
encontrarse 50 o más de estas secuencias, o intrones. Durante la trascripción,
los intrones son copiados en el ARN junto con las secuencias codificadas,
originando una molécula de ARN extra larga. En el núcleo, las secuencias que
corresponden a los intrones son eliminadas del ARN por unas enzimas especiales
para formar el ARNm, que se exporta al citoplasma. Las funciones de los
intrones (si existen) son desconocidas, aunque se ha sugerido que el
procesamiento del ARN mediante la eliminación de las secuencias interrumpidas
tal vez esté implicado en la regulación de la cantidad de polipéptidos
producidos por los genes. También se han encontrado intrones en genes que
codifican ARNs especiales, como los que forman parte de los ribosomas. El
descubrimiento de los intrones ha sido posible gracias a nuevos métodos que
determinan la secuencia exacta de nucleótidos en las moléculas de ADN y ARN,
métodos desarrollados por el biólogo molecular británico Frederick Sanger,
quien recibió en 1980 por este trabajo el segundo Premio Nobel de Química. Secuencias
repetidas Los
estudios directos del ADN han demostrado también que en los organismos
superiores ciertas secuencias de nucleótidos se repiten muchas veces en todo
el material genético. Algunas de estas secuencias repetidas representan
copias múltiples de genes que codifican polipéptidos, o de genes que
codifican ARNs especiales (casi siempre existen muchas copias de genes que
producen el ARN de los ribosomas). Parece que otras secuencias que se repiten
no codifican polipéptidos o ARNs, y su función se desconoce. Entre ellas
existen secuencias que, al parecer, son capaces de saltar de una zona a otra
de un cromosoma, o de un cromosoma a otro. Estos "transposones", o
elementos que se transponen, pueden originar mutaciones en los genes
adyacentes a sus puntos de partida o llegada. Cariotipo Se
denomina cariotipo al complemento cromosómico del individuo, típico respecto
a forma, tamaño y número de cromosomas, que se perpetúa normalmente en la
descendencia. Cada especie presenta un determinado cariotipo por el que se
diferencia de las demás y que, al mismo tiempo, condiciona frecuentemente su
aislamiento reproductor entre los individuos de una y otra especie. El
cariotipo del hombre ha sido definido mediante nomenclaturas diversas, que se
han completado y perfeccionado con la aparición de nuevas técnicas
denominadas de marcado. En 1978 una comisión internacional permanente,
designada al efecto, publicó An International System for Human Cytogenetic
Nomenclature (ISCN), código universal que permite describir el cariotipo
normal y, sobre todo, sus anomalías. El cariotipo es la representación o
imagen cromosómica completa de un individuo que se obtiene a partir de la
microfotografía de una célula somática en fase de mitosis. El cariotipo
humano, constituido por 46 cromosomas (número diploide) identificables ha
sido definido convencionalmente (Denver, 1960; París, (1971). La constante
mejora de las diversas técnicas de marcado llevó a establecer una
nomenclatura a través de un comité internacional, que en 1978 publicó «An
international system for human cytogenetic nomenclature», obra que constituye
el código universal para describir el cariotipo normal y en especial sus
alteraciones. Las técnicas de marcado que aparecieron en 1971 pusieron de
manifiesto una auténtica topografía de bandas alternantemente claras y
oscuras a lo largo de los brazos cromosómicos, características para cada
cromosoma, lo que permite su identificación. Los cromosomas humanos se
clasifican por orden de tamaño, numerados del 1 al 22 más los cromosomas X e
Y. Herencia
humana La
mayoría de las características físicas humanas están influidas por múltiples
variables genéticas, así como por el medio. Algunas, como la talla, poseen
un fuerte componente genético, mientras que otras, como el peso, tienen un
componente ambiental muy importante. Sin embargo, parece que otros caracteres,
como los grupos sanguíneos (véase Grupo sanguíneo) y los antígenos
implicados en el rechazo de trasplantes, están totalmente determinadas por
componentes genéticos. No se conoce ninguna situación debida al medio que
varíe estas características. Desde hace poco tiempo, los antígenos de
trasplante se estudian en profundidad debido a su interés médico. Los más
importantes son los que se deben a un grupo de genes ligados que se denominan
complejo HLA. Este grupo de genes no sólo determina si el trasplante de órganos
será aceptado o rechazado, sino que también está implicado en la
resistencia que opone el organismo a varias enfermedades (entre las que se
incluyen alergias, diabetes y artritis).La susceptibilidad a padecer ciertas
enfermedades tiene un componente genético muy importante. Este grupo incluye
la esquizofrenia, la tuberculosis, la malaria, varias formas de cáncer, la
migraña, las cefaleas y la hipertensión arterial. Muchas enfermedades
infrecuentes están originadas por genes recesivos, y algunas por genes
dominantes. Los biólogos tienen un gran interés en el estudio e identificación
de los genes. Cuando un gen determinado está implicado en una enfermedad
específica, su estudio es muy importante desde el punto de vista médico. El
genoma humano contiene entre 50.000 y 100.000 genes, de los que cerca de 4.000
pueden estar asociados a enfermedades. El Proyecto del genoma humano,
coordinado por múltiples instituciones, se inició en 1990 para establecer el
genoma humano completo. El objetivo principal de este proyecto es trazar
diversos mapas de genomas, incluyendo la secuencia nucleotídica completa del
genoma humano. La capacidad de clonar fragmentos grandes de ADN en vectores
cromosómicos artificiales de levaduras, con el fin de realizar más análisis,
y la automatización de muchas técnicas como la secuenciación de ADN, han
sido de gran ayuda en este proyecto. Cromosoma Se
denomina cromosoma a cada uno de los corpúsculos, generalmente en forma de
filamentos, que existen en el núcleo de las células y controlan el
desarrollo genético de los seres vivos. Los cromosomas eucarióticos son
filamentos de cromatina que aparecen contraídos durante la mitosis y la
meiosis; sin embargo, cuando la célula está en reposo, aparecen contenidos
en un núcleo y no se pueden distinguir mediante tinciones con determinados
colorantes, debido a un proceso de hidratación e imbibición que sufren, de
manera que se muestran poco condensados. Nombre que recibe una diminuta
estructura filiforme formada por ácidos nucleicos y proteínas presente en
todas las células vegetales y animales. El cromosoma contiene el ácido
nucleico, ADN, que se divide en pequeñas unidades llamadas genes. Éstos
determinan las características hereditarias de la célula u organismo. Las células
de los individuos de una especie determinada suelen tener un número fijo de
cromosomas, que en las plantas y animales superiores se presentan por pares.
El ser humano tiene 23 pares de cromosomas. En estos organismos, las células
reproductoras tienen por lo general sólo la mitad de los cromosomas presentes
en las corporales o somáticas. Durante la fecundación, el espermatozoide y
el óvulo se unen y reconstruyen en el nuevo organismo la disposición por
pares de los cromosomas; la mitad de estos cromosomas procede de un parental,
y la otra mitad del otro. Es posible alterar el número de cromosomas de forma
artificial, sobre todo en las plantas, donde se forman múltiplos del número
de cromosomas normal mediante tratamiento con colchicina. Varios miles de
genes (unidades de la herencia) se disponen en una sencilla línea sobre un
cromosoma, una estructura filiforme de ácidos nucleicos y proteínas. Las
bandas teñidas de oscuro son visibles en los cromosomas tomados de las glándulas
salivares de Drosophila sp. , La mosca de la fruta. Su significado no se
conoce bien, pero el hecho de que los diseños específicos de las bandas sean
característicos de varios cromosomas, constituye una valiosa herramienta de
identificación. Cromosoma es cada uno de los pequeños cuerpos en forma de
bastoncillo en que se divide la cromatina del núcleo celular en la mitosis,
los cuales contienen el código genético de la herencia. Los cromosomas están
presentes en todas las células de un organismo (excepto en algunos tipos muy
particulares, de vida corta, como los glóbulos rojos, que carecen de núcleo).
De ordinario miden entre 5 y 15 micrómetros, y para identificarlos hay que
observar la célula en fase de división celular, especialmente durante la
metafase o profase tardía. El número de cromosomas es distinto para cada
especie, aunque es constante para todas las células de la misma (ley de la
constancia numérica de los cromosomas), excepto para las células
reproductoras, que tienen una constitución cromosómica mitad (haploide) con
respecto a las células somáticas (diploide). En la especie humana este número
es de 46, de los cuales 44 son autosómicos y 2 sexuales (un par XY en el caso
del hombre y un par XX en la mujer). Los cromosomas están constituidos por
cadenas lineales de ácido desoxirribonucleico (ADN) y por proteínas,
denominadas histonas, que empaquetan el ADN en unidades de repetición
denominadas nucleosomas. Las cadenas de ADN están estructuradas en unidades
llamadas genes, sintetizadores de proteínas específicas, cada uno de los
cuales posee por término medio del orden de 1.000 a 2.000 pares de nucleótidos.
Las técnicas de estudio de los cromosomas han permitido obtener con gran
precisión el cariotipo humano y detectar alteraciones genéticas responsables
de síndromes cromosómicos que se traducen en malformaciones y retraso
psicomotor. Algunas de las anomalías que afectan a los cromosomas X e Y
producen síndromes con anomalías del desarrollo sexual (síndrome de
Klinefelter, síndrome de Turner). Actualmente se conocen más de 70 síndromes
genéticos (síndrome de Down, síndrome de Klinefelter, síndrome de
Turner...) perfectamente definidos y atribuibles a aberraciones cromosómicas.
En todo cromosoma es posible distinguir dos mitades longitudinales o cromátidas
(que se escinden durante la división celular), y un centrómero o constricción
principal del cromosoma, a la que se fijan las fibras del huso acromático en
el curso de la mitosis y de la meiosis, que delimita dos porciones laterales,
los brazos del cromosoma. Según la posición del centrómero estos brazos son
iguales, aproximadamente iguales o muy desiguales en longitud, lo que
determina tipos morfológicos de cromosomas, conocidos respectivamente como
metacéntricos, submetacéntricos y telocéntricos (acrocéntricos), de gran
importancia para la caracterización del cariotipo. Algunos tipos particulares
de cromosomas son los siguientes: Cromosoma en anillo. Delección de la porción
final de un cromosoma y reunión de las dos porciones distales nuevas, que
forman un anillo. Cromosoma gigante. Cromosoma atípicamente grande formado
por la no-disyunción de las cromátidas en sucesivas mitosis. Son típicos de
las glándulas salivales de los dípteros y tienen especial valor para la
confección de mapas cromosómicos. Cromosoma sexual o heterocromosoma.
Cromosoma, de tipo X o Y, determinante del sexo. Cromosoma bacteriano. ADN de
doble filamento de la célula procariota que forma una gran molécula única y
circular (de algunos millones de pares de bases). No tiene histonas y, por
tanto, tampoco la estructura tridimensional típica de los cromosomas
eucariotas. Diploide Dícese
del número de cromosomas doble del arquetipo normal de cada especie y que se
corresponde con el número existente en todas las células de un organismo. Cromatina Es
una sustancia albuminoidea fosforada que, en forma de gránulos, filamentos,
etc., se encuentra en el núcleo de las células y se tiñe intensamente por
el carmín y los colores básicos de anilina. ADN Siglas
del ácido desoxirribonucleico, formado por un azúcar (2- desoxi-D-ribosa),
ácido fosfórico y bases nitrogenadas (adenina, guanina, citosina y timina).
Su estructura es la de una doble hélice en la que las bases se encuentran
situadas en el interior de la molécula y los grupos fosfato se disponen en el
exterior. Las bases nitrogenadas se unen siempre del mismo modo (adenina con
timina y guanina con citosina) a través de puentes de hidrógeno. La
estructura se mantiene estable gracias al apilamiento de las bases en el
centro de la molécula. Las dos hebras que forman la cadena presentan
orientaciones opuestas y pueden separarse mediante la acción del calor o de
determinadas sustancias químicas (por ejemplo la urea), dando lugar al
proceso llamado desnaturalización, que es reversible, es decir, permite
recuperar la estructura helicoidal (renaturalización). La temperatura a la
que la molécula de ADN se desnaturaliza es distinta en cada especie de
organismo. El ADN es el soporte físico que contiene toda la información genética
de un organismo, definiéndose como gen cada una de las porciones de su molécula
que se pueden traducir en una proteína. El orden en que se presentan las
cuatro bases es el que determina el código genético. El ADN se presenta físicamente
en el núcleo de la célula empaquetado a distintos niveles, formando los
cromosomas. Macromolécula catenaria de carácter acídico que contiene ácido
fosfórico, azúcar y bases nitrogenadas y actúa en el almacenamiento y en la
transferencia de la información genética. Hay dos tipos de ácidos
nucleicos: el ácido desoxirribonucleico (ADN) y el ácido ribonucleico
(ARN).Son componentes principales de las células, y constituyen, en conjunto,
entre el 5 y el 15% de su peso seco. Los ácidos nucleicos también están
presentes en los virus, formando complejos con proteínas, que pueden infectar
a una célula huésped específico y replicarse en su interior. Reciben la
denominación de ácidos nucleicos porque el ADN fue aislado por primera vez
del núcleo celular, pero tanto el ADN como el ARN se encuentran también en
otras partes de las células. Son cadenas constituidas por unidades monoméricas
llamadas nucleótidos, siendo dexorribonucleótidos. Los monómeros
constituyentes del ADN y ribonucleótidos. Los constituyentes del ARN. Los
distintos ácidos nucleicos difieren en la secuencia de bases heterocíclicas
características de sus nucleótidos. Los nucleótidos se unen entre sí
mediante enlaces covalentes formando la estructura covalente de las cadenas de
ácidos nucleicos. Acido nucleico constituido por unidades repetitivas de
desoxirribonucleótidos. El ADN fue aislado por primera vez de las células
del pus y del esperma de salmón, y estudiado intensamente por el suizo
Friedrich Miescher, en una serie de investigaciones comenzadas en 1869. Lo
llamó nucleína debido a su participación en el núcleo celular. Se
necesitaron casi 70 años de investigación para poder identificar por
completo los sillares principales y la estructura del esqueleto de los ácidos
nucleicos. Las moléculas de DNA de diferentes células y virus varían en la
proporción de los cuatro tipos de monómeros nucleotídicos, en las
secuencias nucleotídicas y en los pesos moleculares. Además de las cuatro
bases principales (adenina, guanina, timina y citosina) halladas en todos los
ADNs, pequeñas cantidades de derivados metilados de estas bases, están
presentes en algunas moléculas de ADN, particularmente en las de los virus.
Los ADNs aislados de diferentes organismos tienen normalmente dos hebras que
aparecen en una estructura duplohelicoidal (helicoidal dextrógira), mantenida
por enlaces de hidrógeno entre una purina de una cadena con una pirimidina de
la otra. El ADN es portador de la información genética, que está codificada
en la secuencia de bases. Está presente en los cromosomas y en el material
cromosómico de orgánulos celulares como mitocondrias y cloroplastos, y también
está presente en algunos virus. Información
genética cifrada en las secuencias nucleotídicas del ácido
desoxirribonucleico (ADN), que integra el mensaje para la síntesis de proteínas.
Las proteínas de un individuo son específicas, por lo que lógicamente, la
información para su síntesis que se encuentra cifrada en el código genético
también debe serlo, en consecuencia el código genético es específico. Una
molécula de ADN es una sucesión de nucleótidos, cada uno de los cuales está
formado por ácido fosfórico, desoxirribosa y una base nitrogenada (púrica o
pirimídica), siendo tales componentes universales en el ADN de todos los
seres vivos. Por lo tanto las diferencias entre el ADN de los distintos
individuos residen en la proporción y orden de cómo se suceden los pares de
bases púricas y pirimidínicas, en el ADN, siendo estas bases nitrogenadas,
las que establecen la especificidad y diferencia para cada individuo. De
acuerdo con ello se considera, que el ADN puede mandar sus órdenes utilizando
un alfabeto de cuatro letras, representadas por cada una de las cuatro bases púricas
y pirimidínicas, es decir, adenina (A), timina (T), citosina (C) y guanina
(G). Estas bases nitrogenadas se agrupan de tres en tres formando tripletes,
también llamados codógenos, como por ejemplo ATC, AGG, TAA, etc., y cada
triplete es una palabra cifrada, o señal para un determinado aminoácido; dos
o más tripletes pueden conducir al mismo aminoácido. Con las cuatro bases
nitrogenadas (A, T, C, G) se puede construir un número suficiente de
tripletes o codógenos para sintetizar los veinte aminoácidos que forman las
proteínas. Si la agrupación de estas bases fuera de dos en dos en lugar de
tres en tres el total posible de grupos diferentes fuese 4 x 4 = 16, de modo
que si existen 20 aminoácidos proteicos distintos faltarían grupos para
designarlos. Pero siendo los grupos de tres (tripletes) las probabilidades de
combinación permiten un total de 64 tripletes o codógenos (4 x 4 x 4 = 64);
así aparecen más tripletes que aminoácidos existentes, pero se ha llegado a
demostrar que cada aminoácido puede responder a la señal de más de un
triplete, por cuya razón se dice que el código o lenguaje genético está
degenerado. Los codógenos o tripletes son universales, es decir, especifican
al mismo aminoácido en todos los seres vivos, por ello solamente con
tripletes sueltos el lenguaje del ADN no podría ser específico. Lo que le da
especificidad, es la forma como se suceden los tripletes en el ADN. Metafóricamente
el código genético, podría compararse con un código de lenguaje escrito,
de manera que las cuatro bases nitrogenadas, para entenderlo, podrían
equiparse con letras, los tripletes (agrupación de estas bases en grupos de
tres), podrían llamarse palabras de tres letras, y el ordenamiento de
tripletes que lleva la información, para el ordenamiento de aminoácidos en
la proteína, podría comparase con una frase del lenguaje. Un
ejemplo de ordenamiento o sucesión de tripletes sería: ATT
_ GGC _ CGA _ AAC _ ACG _ AAA La
información del código genético contenida en los tripletes del ADN se
transcribe en una información complementaria en los tripletes de
ARN-mensajero (ARNm), (llamados codones), y ésta se traduce en el orden de
aminoácidos en la proteína. Gen Unidad
de herencia, partícula de material genético que determina la herencia de una
característica determinada, o de un grupo de ellas. Los genes están
localizados en los cromosomas en el núcleo celular y se disponen en línea a
lo largo de cada uno de ellos. Cada gen ocupa en el cromosoma una posición, o
locus. Por esta razón, el término locus se intercambia en muchas ocasiones
con el de gen. El material genético es el ácido desoxirribonucleico, o ADN
(véase Ácidos nucleicos), una molécula que representa la "columna
vertebral" del cromosoma. Debido a que en cada cromosoma el ADN es una
molécula continua, alargada, simple y delgada, los genes deben ser parte de
ella; y como es una cadena de subunidades muy pequeñas que se conocen por
nucleótidos, cada gen incluye muchos nucleótidos. Cada nucleótido está
formado por un azúcar de cinco carbonos, ácido fosfórico y una base
nitrogenada. En cada cadena existen cuatro tipos diferentes de bases
—adenina, guanina, citosina y timina— y su secuencia determina las
propiedades del gen. Los genes ejercen sus efectos a través de las moléculas
a las que dan origen. Los productos inmediatos de un gen son las moléculas de
ácido ribonucleico (ARN); éstas son copias de ADN, excepto porque en lugar
de la base uracilo tienen timina. Las moléculas de ARN de algunos genes
participan de forma directa en el metabolismo del organismo, aunque su
finalidad es, en su mayoría, la producción de proteínas. Las proteínas están
formadas por cadenas de unidades que se denominan aminoácidos, y la secuencia
de bases presente en el ARN determina la secuencia de aminoácidos en la proteína
por medio del código genético (véase Genética: el código genético). La
secuencia de aminoácidos en una proteína específica será la responsable de
determinar si ésta formará parte de una estructura del organismo, o si se
convertirá en un enzima para favorecer una reacción química particular. Por
lo tanto, las variaciones en el ADN pueden producir cambios que afecten a la
estructura o a la química de un organismo. Las bases de nucleótidos del ADN
que codifican la estructura de los ARN y proteínas, no son los únicos
componentes de los genes; otros grupos de bases adyacentes a las secuencias
codificadoras afectan a la cantidad y disposición de los productos de los
genes. En los organismos superiores (los animales y las plantas, más que en
las bacterias y los virus), las secuencias no codificadoras superan en número
de diez o más a las codificadoras, y las funciones de estas regiones son muy
poco conocidas. Ésto significa que los genéticos no pueden establecer aún límites
precisos respecto al tamaño de los genes de animales y plantas. Alelo Se
denomina alelo a cada una de las formas alternativas de un gen que ocupan el
mismo locus en un cromosoma homólogo y que controlan el mismo rasgo o carácter.
También conocido como alemorfo. Se denominan con una o más letras, y algún
símbolo. Son alelos dominantes, los que sólo necesitan una dosis para
expresarse y se nombran con letras mayúsculas. Se llama alelo recesivo al que
necesita doble dosis para expresarse, se simbolizan con letras minúsculas. El
alelo más frecuente en una especie se llama de tipo salvaje y se designa con
el símbolo +. Los alelos mutantes se originan a partir del alelo tipo salvaje
por sustitución, adición, pérdida o reordenamiento de uno o más residuos
de nucleótidos. Un individuo diploide puede presentar para un mismo gen
alelos iguales o distintos. Según las mutaciones, se dice que dos alelos son
homoalelos o isoalelos, cuando presentan mutaciones en el mismo sitio, o
heteroalelos, cuando las tienen en distintos lugares. Según su función los
alelos pueden ser amorfos, cuando carecen de actividad o hipomorfos, cuando
tienen niveles bajos de actividad. La función de un alelo se puede medir por
su efecto en el fenotipo de un organismo. Dos alelos son codominantes o
isomorfos cuando tienen la misma actividad. En microorganismos los genes
funcionales se encuentran normalmente en los cromosomas, agrupados en operones
en los cuáles funcionan de forma coordinada, de manera que ciertas mutaciones
de un gen pueden bloquear la expresión de otros genes en el operón. Regulación
de los genes El
conocimiento de cómo se forman las proteínas permite a los científicos
entender cómo los genes producen efectos específicos sobre las estructuras y
funciones de los organismos. Sin embargo, esto no explica las variaciones que
sufren los organismos en respuesta a circunstancias cambiantes del medio, o la
manera en que un cigoto simple da lugar a todos los tejidos y órganos
diferentes que constituyen un ser humano. En estos órganos y tejidos, la
mayoría de las células contienen conjuntos de genes idénticos, sin embargo,
forman proteínas distintas. Es evidente que en las células de cualquier
tejido u órgano algunos genes están activos y otros no. Los distintos
tejidos tienen series de genes diferentes en estado activo. Por esta razón,
parte de la explicación del desarrollo de un organismo complejo debe basarse
en cómo se activan los genes de forma específica. El proceso de la activación
de los genes en los organismos superiores aún no está claro, aunque gracias
al trabajo del genetista francés François Jacob y de Jacques Lucien Monod,
se sabe mucho acerca de este proceso en las bacterias. Junto a cada gen
bacteriano existe un segmento de ADN conocido como promotor. Este es el lugar
sobre el cual la ARN polimerasa, enzima responsable de la producción de ARNm,
se adhiere al ADN e inicia la trascripción. Entre el promotor y el gen existe
con frecuencia otro segmento de ADN que recibe el nombre de operador, donde
otra proteína —el represor— puede adherirse. Cuando el represor se une al
operador, detiene el desplazamiento de la ARN polimerasa a lo largo del
cromosoma y la producción de ARNm; por lo tanto el gen se inactiva. Sin
embargo, la presencia en la célula de una sustancia química determinada
puede provocar que el represor se separe y el gen se active. Otras sustancias
pueden afectar el grado de actividad del gen al alterar la capacidad de la ARN
polimerasa de unirse al promotor. Un gen que recibe el nombre de regulador
produce la proteína represora. En las bacterias, varios genes pueden estar
controlados de forma simultánea por un promotor y uno o más operadores. El
sistema completo se denomina entonces operon. Parece que los operones no
existen en los organismos complejos, aunque es muy posible que cada gen tenga
su propio sistema individual de promotores y operadores, y que los intrones y
las secuencias repetidas desempeñen también algún papel en este proceso. Herencia
citoplasmática Además
del núcleo, ciertos componentes de las células contienen ADN. Éstos
incluyen los cuerpos citoplasmáticos denominados mitocondrias (los
productores de energía de la célula), y los cloroplastos de las plantas, en
los que tiene lugar la fotosíntesis. Estos cuerpos se autoreproducen. El ADN
se replica de manera similar al del núcleo, y algunas veces su código se
transcribe y se traduce en proteínas. En 1981 se determinó la secuencia
completa de nucleótidos del ADN de una mitocondria. En apariencia, la
mitocondria utiliza un código que difiere muy poco del utilizado por el núcleo.
Los caracteres determinados por el ADN citoplasmático se heredan con más
frecuencia a través de la madre que del padre (exclusivamente a través de la
madre en el caso del Homo sapiens), ya que los espermatozoides y el polen
contienen por lo general menos material citoplasmático que el óvulo. Algunos
casos de herencia materna aparente están en realidad relacionados con la
transmisión de virus de la madre al hijo a través del citoplasma del óvulo. Hebras
de ADN Los
ácidos nucleicos son moléculas complejas producidas por la célula,
esenciales para todos los organismos. Determinan el desarrollo del cuerpo y
todas sus características, para ello almacenan información hereditaria y
dirigen la síntesis de proteínas. Este modelo generado por ordenador muestra
dos cadenas de ácido desoxirribonucleico (ADN) enrolladas en forma de doble hélice. La
unión de los gametos combina dos conjuntos de genes, uno de cada progenitor.
Por lo tanto, cada gen —es decir, cada posición específica sobre un
cromosoma que afecta a un carácter particular— está representado por dos
copias, una procedente de la madre y otra del padre (para excepciones a esta
regla, véase el apartado siguiente sobre sexo y unión sexual). Cada copia se
localiza en la misma posición sobre cada uno de los cromosomas pares del
cigoto. Cuando las dos copias son idénticas se dice que el individuo es
homocigótico para aquel gen particular. Cuando son diferentes, es decir,
cuando cada progenitor ha aportado una forma distinta, o alelo, del mismo gen,
se dice que el individuo es heterocigótico para dicho gen. Ambos alelos están
contenidos en el material genético del individuo, pero si uno es dominante, sólo
se manifiesta éste. Sin embargo, como demostró Mendel, el carácter recesivo
puede volver a manifestarse en generaciones posteriores (en individuos homocigóticos
para sus alelos).Por ejemplo, la capacidad de una persona para pigmentar la
piel, el cabello y los ojos, depende de la presencia de un alelo particular
(A), mientras que la ausencia de esta capacidad, denominada albinismo, es
consecuencia de otro alelo (a) del mismo gen (por consenso, los alelos se
designan siempre por una única letra; el alelo dominante se representa con
una letra mayúscula y el recesivo con una minúscula). Los efectos de A son
dominantes; los de a, recesivos. Por lo tanto, los individuos heterocigóticos
(Aa), así como los homocigóticos (AA), para el alelo responsable de la
producción de pigmento, tienen una pigmentación normal. Las personas homocigóticas
para el alelo que da lugar a una ausencia de pigmentación (aa) son albinas.
Cada hijo de una pareja en la que ambos son heterocigóticos (Aa) tienen un 25
% de las probabilidades de ser homocigóticos AA, un 50 % de ser heterocigóticos
Aa, y un 25 % de ser homocigóticos aa. Sólo los individuos que son aa serán
albinos. Observamos que cada hijo tiene una posibilidad entre cuatro de ser
albino, pero no es exacto decir que en una familia, una cuarta parte de los niños
estarán afectados. Ambos alelos estarán presentes en el material genético
del descendiente heterocigótico, quien originará gametos que contendrán uno
u otro alelo. Se distingue entre la apariencia, o característica manifestada,
de un organismo, y los genes y alelos que posee. Los caracteres observables
representan lo que se denomina el fenotipo del organismo, y su composición
genética se conoce como genotipo. Éste no es siempre el caso en el que un
alelo es dominante y el otro recesivo. Por ejemplo, el dondiego de noche puede
tener flores de color rojo, blanco o rosa. Las plantas con flores rojas pueden
tener dos copias del alelo R para el color rojo de las flores, y por lo tanto
son homocigóticas RR. Las plantas con flores blancas tienen dos copias del
alelo r para el color blanco de las flores, y son homocigóticas rr. Las
plantas con una copia de cada alelo, heterocigóticas Rr, son rosas, es decir,
una mezcla de colores producida por los dos alelos. Rara vez la acción de los
genes es cuestión de un gen aislado que controla un solo carácter. Con
frecuencia un gen puede controlar más de un carácter, y un carácter puede
depender de muchos genes. Por ejemplo, es necesaria la presencia de al menos
dos genes dominantes para producir el pigmento violeta en las flores de la
planta del guisante de olor. Estas plantas que son homocigóticas para alguno
o ambos de los alelos recesivos implicados en el carácter del color producen
flores blancas. Por lo tanto, los efectos de un gen pueden depender de cuáles
sean los otros genes presentes. Genes
en poblaciones La
genética de poblaciones, que investiga cómo se expanden los genes a través
de las poblaciones de organismos, encontró una base sólida en los trabajos
del matemático inglés Godfrey H. Hardy y el obstetra alemán Wilhelm
Weinberg, quienes en 1908 formularon por separado lo que ahora se conoce como
la ley de Hardy-Weinberg. Esta afirma que si dos alelos de un gen autosómico
(A y a) existen en una población, si la frecuencia con las que se presentan
(expresadas en decimales) son p y q, (p + q = 1) respectivamente, y si el
apareamiento se produce de forma aleatoria con respecto al gen, entonces,
después de una generación la frecuencia de los tres genotipos AA, Aa y aa
será p2, 2pq y q2, respectivamente. Por consiguiente, en ausencia de
alteraciones, estas secuencias permanecerán constantes de generación en
generación. Cualquier variación de la frecuencia, que indica un cambio
evolutivo, debe estar, por tanto, relacionada con alteraciones. Estas pueden
ser mutaciones, selección natural, migración y reproducción en pequeñas
poblaciones que pueden perder alelos determinados por casualidad o desviación
genética al azar (véase Evolución).La evidencia indica que la mayoría de
las poblaciones son más variables genéticamente de lo que se supone. Los
estudios de los productos polipeptídicos de los genes han señalado que, por
término medio, cerca de un tercio de ellos tienen variantes genéticas con
frecuencias superiores a las que cabría esperar a partir del equilibrio entre
su generación por mutación, y la desventaja selectiva de los mutantes. Esto
ha conducido a un interés creciente por las formas en que los alelos
alternados se pueden mantener de forma activa en un estado de equilibrio de
modo que ninguno reemplace al otro. Uno de estos mecanismos de equilibrio es
la ventaja heterocigótica, cuando el heterocigótico sobrevive mejor que
cualquiera de los homocigóticos. Otro mecanismo, llamado selección
dependiente de la frecuencia, se basa en la ventaja relativa de las variedades
poco frecuentes, como por ejemplo en poblaciones expuestas a depredadores. Los
depredadores tienden a centrarse en la variedad más común, y a no hacer caso
de las variedades raras. Por esta razón, cuando una variedad es poco
frecuente puede estar en ventaja, aunque perderá dicha ventaja conforme la
selección natural para el rasgo de adaptación la haga más abundante.
Entonces, los depredadores empiezan a sacrificar la variedad favorecida, hasta
alcanzar equilibrio entre los alelos de la población. Los parásitos pueden
actuar de un modo similar, especializándose en atacar cualquier variedad de
huéspedes que sea la más común, y manteniendo por ello la variabilidad genética
en las poblaciones de huéspedes. Nucleótido Unidad
estructural o monómero constituyente de un ácido nucleico. Se distinguen dos
tipos de nucleótidos, desoxirribonucleótidos, que son las unidades monoméricas
o nucleótidos del ADN y ribonucleótidos, los nucleótidos constituyentes del
ARN. Cada nucleótido contiene tres componentes característicos: una base
nitrogenada heterocíclica, que puede ser púrica (derivada de la purina) o
pirimídica (derivada de la pirimidina); una pentosa, que es una ribosa en el
caso del ARN y una desoxirribosa en el caso del ADN; y una molécula de ácido
fosfórico. El ácido fosfórico se une al carbono número 5 de la pentosa,
mientras la base nitrogenada se une al carbono 1. Así los nucleótidos
constan de un nucleósido (la base nitrogenada unida a la pentosa), unido a
una molécula de ácido fosfórico. Desoxirribonucleótidos Los
nucleótidos estructurales del ADN; todos tienen como pentosa la
2'-desoxi-D-ribosa y difieren entre sí en función de la base nitrogenada,
que posean, de la cuál reciben el nombre. Hay cuatro tipos de bases
nitrogenadas que forman parte de los desoxirribonucleótidos: adenina, guanina
(ambos derivados de la purina), citosina y timina (estos últimos derivados de
la pirimidina). Así encontramos desoxirribonucleótidos de adenina, de
guanina, de citosina y de timina. Ribonucleótidos Los
nucleótidos estructurales del ARN. De modo semejante a los desoxirribonucleótidos
constan de una molécula de ácido fosfórico, una molécula de pentosa, en
este caso la D-ribosa y una base nitrogenada que puede ser de cuatro tipos:
adenina, guanina, citosina y uracilo. Así como las tres primeras son comunes
también para el ADN, el uracilo se halla presente en el ARN y muy raras veces
en el ADN, mientras que la timina es una base habitual del ADN. Por tanto,
desoxirribonucleótidos y ribonucleótidos difieren en la pentosa que posean
que puede ser desoxiribosa o ribosa, y, además, los desoxirribonucleótidos
no suelen llevar uracilo así como los ribonucleótidos no suelen llevar
timina. Los nucleótidos se unen entre sí por enlaces covalentes, entre el ácido
fosfórico de un nucleótido y el carbono en posición 3' de la molécula de
pentosa de otro nucleótido, formando así la estructura covalente de las
cadenas de los ácidos nucleicos. Proceso
mediante el cuál se sintetizan dos moléculas hijas de ADN de doble hélice a
partir de un ADN progenitor, que actúa como molde. También se denomina
duplicación del ADN. Ocurre una vez en cada generación celular durante la
fase S (de síntesis) del ciclo celular. En la mayoría de las células
eucariotas la replicación del ADN lleva finalmente a la mitosis, pero en las
células reproductoras (espermatocitos y oocitos primarios) lleva a la
meiosis. Existen varios tipos de replicación: conservadora, semiconservadora,
y dispersora. Replicación
conservadora del ADN Replicación
en la que cada una de las hebras del ADN progenitor se duplica o replica,
produciendo dos moléculas de ADN hijas una de las cuáles es la molécula de
ADN progenitora intacta y la otra una molécula de ADN cuyas dos hebras son
nuevas. Replicación
dispersora Replicación
en la que las cadenas de ADN progenitoras se rompen a intervalos, y las dos
moléculas de ADN de doble cadena resultantes (moléculas hijas) presentan
fragmentos del ADN progenitor combinados con nuevos fragmentos. Replicación
semiconservadora Replicación
en la que el ADN de doble hélice progenitor separa sus cadenas
complementarias y cada una de ellas se replica sirviendo como molde para la síntesis
de una cadena nueva complementaria, obteniéndose así dos moléculas de ADN
hijas de doble cadena, y cada molécula hija tiene una de las cadenas que es
la del ADN progenitor y la otra nueva, que ha sido sintetizada utilizando como
molde la del progenitor. Este tipo de replicación es la propuesta por el
modelo de Watson y Crick. Modelo
de Watson-Crick. Otra
clasificación de la replicación se da en base a la dirección en que se
realiza a partir de un único punto de iniciación. Así existe una replicación
unidireccional, que se realiza a partir de un punto de iniciación en una única
dirección, es aquélla que se da en los ADN circulares de las mitocondrias y
en los de muchos virus; y una replicación bidireccional, en la que a partir
de un único punto de iniciación, las dos hebras de ADN progenitor se
replican simultáneamente en dos direcciones hasta que ambos puntos de
crecimiento se encuentran, momento en el cuál se separan las dos moléculas
de ADN hijas; este tipo de replicación se da en los cromosomas eucariotas y
en los cromosomas circulares procariotas pero el proceso de replicación es más
complejo en los primeros, habiendo varios puntos de iniciación. La replicación
del ADN se lleva a cabo por una serie de mecanismos enzimáticos. Enzimas
que intervienen en la replicación Durante
algún tiempo se pensó que la replicación del ADN ocurría normalmente por
la acción de una enzima llamada DNA-polimerasa I, sin embargo, más
recientemente se han aislado otras dos enzimas con propiedades catalíticas
similares, la DNA-polimerasa II y la DNA-polimerasa III. Hoy en día parece
ser la DNA-polimerasa III la enzima principal implicada en el proceso de
replicación. La DNA-polimerasa I también participa en dicho proceso pero
desempeña otra función, que es la de reparación del ADN. Ahora bien la
mayor parte de los conocimientos actuales acerca de las polimerasas del ADN
derivan de los estudios de la DNA-polimerasa I. La DNA-polimerasa I, cataliza
la adición de unidades de desoxirribonucleótidos al extremo 3'-hidroxilo
libre de una hebra de ADN a partir de una mezcla de dATP, dGTP, dCTP y dTTP.
Esta reacción requiere Mg2+, y necesita la presencia de un ARN preexistente.
La dirección de la síntesis de ADN es, por tanto, la 5'->3'. La reacción
tiene lugar mediante el ataque del grupo 3'-hidroxilo (3'-OH) del
desoxirribonucleótido terminal del extremo de la cadena de ADN en
crecimiento, sobre el átomo de fósforo en posición a del nucleósido-5'-trifosfato
que llega, desplazando al grupo pirofosfato de dicho nucleósido, el cuál es
escindido liberándose energía, que se emplea en la formación de un enlace
fosfodiéster, de manera que dicho nucleósido queda incorporado a la cadena
de ADN. La energía requerida para formar el nuevo enlace fosfodiéster viene
proporcionada por la escisión del pirofosfato del desoxiribonucleótido
trifosfato (dNTP), sin embargo, en condiciones intracelulares normales la
reacción de la DNA-polimerasa se completa porque el pirofosfato liberado
puede hidrolizarse a ortofosfato por acción de la pirofosfatasa inorgánica. Modelo
para la replicación del ADN La
replicación del ADN requiere la acción conjunta de varias enzimas o proteínas,
las cuáles posiblemente funcionan constituyendo un complejo. El tipo y número
de enzimas requeridas variará en la replicación del ADN de virus, de
bacterias y de eucariotas. Estudiando la replicación en E. Coli, se ha
establecido una hipótesis sobre el mecanismo y etapas específicas de la
replicación del ADN. Así se han establecido varias etapas en la replicación
del ADN: reconocimiento del punto de iniciación; desenrollamiento de la doble
hélice de ADN; formación de hebras cebadoras de ARN; formación de la nueva
hebra de ADN, sobre los fragmentos cebadores; eliminación de los fragmentos
cebadores; y unión de fragmentos cortos de ADN que quedan al final de la
replicación como brechas abiertas. Herencia
cuantitativa Los
caracteres que se expresan como variaciones en cantidad o extensión, como el
peso, la talla o el grado de pigmentación, suelen depender de muchos genes,
así como de las influencias del medio. Con frecuencia, los efectos de genes
distintos parecen ser aditivos, es decir, parece que cada gen produce un pequeño
incremento o descenso independiente de los otros genes. Por ejemplo, la altura
de una planta puede estar determinada por una serie de cuatro genes: A, B, C y
D. Supongamos que cuando su genotipo es aabbccdd, la planta alcanza una altura
media de 25 cm, y que cada sustitución por un par de alelos dominantes
aumenta la altura media en unos 10 centímetros. En el caso de una planta que
es AABBccdd su altura será de 45 cm, y en aquella que es AABBCCDD será de 65
centímetros. En realidad, los resultados no suelen ser tan regulares. Genes
diferentes pueden contribuir de forma distinta a la medida total, y ciertos
genes pueden interactuar, de modo que la aportación de uno depende de la
presencia de otro. La herencia de características cuantitativas que dependen
de varios genes se denomina herencia poligénica. La combinación de
influencias genéticas y del medio se conoce como herencia multifactorial. 6.
Ligamiento genético y mapa genético El
principio de Mendel según el cual los genes que controlan diferentes
caracteres son heredados de forma independiente uno de otro es cierto sólo
cuando los genes existen en cromosomas diferentes. El genetista estadounidense
Thomas Hunt Morgan y sus colaboradores demostraron en una serie amplia de
experimentos con moscas de la fruta (que se reproducen con gran velocidad),
que los genes se disponen de forma lineal en los cromosomas y que cuando éstos
se encuentran en el mismo cromosoma, se heredan como una unidad aislada
mientras el propio cromosoma permanezca intacto. Los genes que se heredan de
esta forma se dice que están ligados. Sin embargo, Morgan y su grupo
observaron también que este ligamiento rara vez es completo. Las
combinaciones de características alelas de cada progenitor pueden
reorganizarse entre algunos de sus descendientes. Durante la meiosis, una
pareja de cromosomas análogos puede intercambiar material durante lo que se
llama recombinación o sobrecruzamiento. (El efecto del sobrecruzamiento puede
observarse al microscopio como una forma de unión entre los dos cromosomas).
El sobrecruzamiento se produce más o menos al azar a lo largo de los
cromosomas, de modo que la frecuencia de recombinación entre dos genes
depende de la distancia que los separe en el cromosoma. Si los genes están
relativamente alejados, los gametos recombinados serán habituales; si están
más o menos próximos, los gametos recombinados serán poco frecuentes. En el
descendiente que procede de los gametos, el sobrecruzamiento se manifiesta en
la forma de nuevas combinaciones de caracteres visibles. Cuanto mayor sea el
sobrecruzamiento, más elevado será el porcentaje de descendientes que
muestran las combinaciones nuevas. Consecuencia de ello, los científicos
pueden trazar o dibujar mediante experimentos de reproducción apropiados, las
posiciones relativas de los genes a lo largo del cromosoma. Para detectar
recombinaciones, que se producen sólo rara vez, los genetistas han utilizado
durante los últimos años organismos que producen gran número de
descendientes con gran rapidez, como bacterias, mohos y virus. Por esta razón,
son capaces de trazar mapas de genes que están muy próximos. El método
introducido en el laboratorio de Morgan ha adquirido hoy tal precisión que se
pueden dibujar las diferencias que se originan en un gen particular. Estos
mapas han demostrado que no sólo los genes se disponen de forma lineal a lo
largo de los cromosomas, sino que ellos mismos son estructuras lineales. La
detección de recombinaciones poco frecuentes puede poner de manifiesto
estructuras incluso más pequeñas que las que se observan con los
microscopios más potentes. Los estudios en hongos, y más tarde en moscas de
la fruta, han demostrado que en ocasiones la recombinación de alelos puede
tener lugar sin que se produzcan intercambios recíprocos entre los
cromosomas. En apariencia, cuando existen dos versiones distintas del mismo
gen (en un individuo heterocigótico), una de ellas puede ser
"corregida" para equipararse a la otra. Tales correcciones pueden
tener lugar en cualquier dirección (por ejemplo, el alelo A puede ser
modificado a a o a la inversa). Este proceso se ha denominado conversión genética.
En ocasiones, varios genes adyacentes experimentan una conversión conjunta;
la probabilidad de que ésta se produzca entre dos genes depende de la
distancia entre ellos. Esto proporciona otra forma de determinar las
posiciones relativas de los genes en el cromosoma. Sexo
y ligamiento sexual Morgan
contribuyó también a los estudios genéticos cuando en 1910 observó
diferencias sexuales en la herencia de caracteres, un patrón que se conoce
como herencia ligada al sexo. El sexo está determinado por la acción de una
pareja de cromosomas. Las anomalías del sistema endocrino u otros trastornos
pueden alterar la expresión de los caracteres sexuales secundarios, aunque
casi nunca invierten totalmente el sexo. Por ejemplo, una mujer tiene 23 pares
de cromosomas, y los componentes de cada par son muy similares. Sin embargo,
un varón tiene 22 pares iguales de cromosomas y uno con dos cromosomas
diferentes en tamaño y estructura. Los 22 pares de cromosomas semejantes en
mujeres y en hombres se llaman autosomas. El resto de los cromosomas se
denomina, en ambos sexos, cromosomas sexuales. En las mujeres los dos
cromosomas sexuales idénticos se llaman cromosomas X. En el hombre, uno de
los cromosomas sexuales es también un cromosoma X, pero el otro, más pequeño,
recibe el nombre de cromosoma Y. Cuando se forman los gametos, cada óvulo
producido por la mujer contiene un cromosoma X, pero el espermatozoide
generado por el hombre puede contener o un cromosoma X o uno Y. La unión de
un óvulo, que siempre contiene un cromosoma X, con un espermatozoide que
también tiene un cromosoma X, origina un cigoto con dos X: Un descendiente
femenino. La unión de un óvulo con un espermatozoide con un cromosoma Y da
lugar a un descendiente masculino. Este mecanismo sufre modificaciones en
diversas plantas y animales. La longitud aproximada del cromosoma Y es un
tercio de la del X, y aparte de su papel en la determinación del sexo
masculino, parece que es genéticamente inactivo. Por ello, la mayor parte de
los genes en el X carecen de su pareja en el Y. Se dice que estos genes están
ligados al sexo, y tienen un patrón hereditario característico. Por ejemplo,
la enfermedad denominada hemofilia, está producida por un gen recesivo (h)
ligado al sexo. Una mujer con HH o Hh es normal; una mujer con hh tiene
hemofilia. Un hombre nunca es heterocigótico para este gen porque hereda sólo
el gen que existe en el cromosoma X. Un varón con H es normal; con h padecerá
hemofilia. Cuando un hombre normal (H) y una mujer heterocigótica (Hh) tienen
un descendiente, las niñas son normales, aunque la mitad de ellas tendrán el
gen h —es decir, ninguna de ellas es hh, pero la mitad tendrán el genotipo
Hh—.Los niños heredan sólo el H o el h; por lo tanto, la mitad de ellos
serán hemofílicos. Por esta razón, en condiciones normales, una mujer
portadora transmitirá la enfermedad a la mitad de sus hijos, y el gen
recesivo h a la mitad de sus hijas, quienes a su vez se convierten en
portadoras de hemofilia. Se han identificado otras muchas situaciones en los
seres humanos incluyendo la ceguera para los colores rojo y verde, la miopía
hereditaria, la ceguera nocturna y la ictiosis (una enfermedad cutánea) como
caracteres ligados al sexo. Genotipo Es
un conjunto de los genes constitutivos de un individuo o de una especie;
Generalmente referido a uno o varios genes relevantes en un contexto
determinado. Fenotipo Es
un conjunto de caracteres hereditarios, que posee cada individuo perteneciente
a una determinada especie vegetal o animal. Es una realización visible del
genotipo en un determinado ambiente. Se
denomina mutación a cada una de las perspectivas que se forman en el
escenario de un teatro cambiando la decoración. Destemple de la estación en
determinada época del año, que se siente en algunos países. Cualquiera de
los cambios que aparecen bruscamente en el fenotipo de un ser vivo, que se
transmiten por herencia a los descendientes. El material genético puede
sufrir alteración cualitativa o cuantitativa, y redistribución. Mutaciones Aunque
la replicación del ADN es muy precisa, no es perfecta. Muy rara vez se
producen errores, y el ADN nuevo contiene uno o más nucleótidos cambiados.
Un error de este tipo, que recibe el nombre de mutación, puede tener lugar en
cualquier zona del ADN. Si esto se produce en la secuencia de nucleótidos que
codifica un polipéptido particular, éste puede presentar un aminoácido
cambiado en la cadena polipeptídica. Esta modificación puede alterar
seriamente las propiedades de la proteína resultante. Por ejemplo, los polipéptidos
que distinguen la hemoglobina normal de la hemoglobina de las células
falciformes difieren sólo en un aminoácido. Cuando se produce una mutación
durante la formación de los gametos, ésta se transmitirá a las siguientes
generaciones. Mutación
de genes Las
mutaciones fueron descritas por primera vez en 1901 por uno de los
redescubridores de Mendel, el botánico alemán Hugo De Vries. En 1929 el biólogo
estadounidense Hermann Joseph Muller observó que la tasa de mutaciones
aumentaba mucho con los rayos X. Más tarde, se vio que otras formas de
radiación, así como las temperaturas elevadas y varios compuestos químicos,
podían inducir mutaciones. La tasa también se incrementa por la presencia de
alelos específicos de ciertos genes, conocidos como genes mutadores, algunos
de los cuales parece que produce defectos en los mecanismos responsables de la
fidelidad de la replicación de ADN. Otros pueden ser elementos que se
transponen La mayoría de las mutaciones genéticas son perjudiciales para el
organismo que las porta. Una modificación aleatoria es más fácil que
deteriore y que no mejore la función de un sistema complejo como el de una
proteína. Por esta razón, en cualquier momento, el número de sujetos que
portan un gen mutante determinado se debe a dos fuerzas opuestas: la tendencia
a aumentar debido a la propagación de individuos mutantes nuevos en una
población, y la tendencia a disminuir debido a que los individuos mutantes no
sobreviven o se reproducen menos que sus semejantes. Varias actuaciones
humanas recientes, como la exposición a los rayos X con fines médicos, los
materiales radiactivos y las mutaciones producidas por compuestos químicos,
son responsables de su aumento. Por lo general las mutaciones son recesivas,
sus efectos perjudiciales no se expresan a menos que dos de ellos coincidan
para dar lugar a una situación homocigótica. Esto es más probable en la
procreación consanguínea, en el apareamiento de organismos muy relacionados
que pueden haber heredado el mismo gen mutante recesivo de un antecesor común.
Por esta razón, las enfermedades hereditarias son más frecuentes entre los
niños cuyos padres son primos que en el resto de la población. Mutaciones
cromosómicas La
sustitución de un nucleótido por otro no es el único tipo posible de mutación.
Algunas veces se puede ganar o perder por completo un nucleótido. Además, es
posible que se produzcan modificaciones más obvias o graves, o que se altere
la propia forma y el número de los cromosomas. Una parte del cromosoma se
puede separar, invertir y después unirse de nuevo al cromosoma en el mismo
lugar. A esto se le llama inversión. Si el fragmento separado se une a un
cromosoma distinto, o a un fragmento diferente del cromosoma original, el fenómeno
se denomina translocación. Algunas veces se pierde un fragmento de un
cromosoma que forma parte de una pareja de cromosomas homólogos, y este
fragmento es adquirido por el otro. Entonces, se dice que uno presenta una
deficiencia y el otro una duplicación. Por lo general los déficits son
letales en la condición homocigótica, y con frecuencia las duplicaciones
también lo son. Las inversiones y las traslocaciones suelen ser más viables,
aunque pueden asociarse con mutaciones en los genes cerca de los puntos donde
los cromosomas se han roto. Es probable que la mayoría de estos
reordenamientos cromosómicos sean la consecuencia de errores en el proceso de
sobrecruzamiento. Otro tipo de mutaciones se producen cuando en la meiosis
fracasa la separación de una pareja de cromosomas homólogos. Esto puede
originar gametos —y por lo tanto cigotos— con cromosomas de más, y otros
donde faltan uno o más cromosomas. Los individuos con un cromosoma de más se
denominan trisómicos, y aquellos en los que falta uno, monosómicos. Ambas
situaciones tienden a producir incapacidades graves. Por ejemplo, las personas
con síndrome de Down son trisómicas, con tres copias del cromosoma 21.En la
meiosis fracasa a veces la separación de un grupo completo de cromosomas; es
decir, se origina un gameto con el doble del número normal de cromosomas. Si
dicho gameto se une con otro que contiene el número normal de cromosomas, el
descendiente tendrá tres grupos de cromosomas homólogos en lugar de los dos
habituales. Si se unen dos gametos con el doble del número normal de
cromosomas, el descendiente estará dotado de cuatro grupos homólogos. Los
organismos con grupos adicionales de cromosomas reciben el nombre de
poliploides. La poliploidía es el único proceso conocido por el cual pueden
surgir especies nuevas en una generación única. Se han observado poliploides
viables y fértiles casi exclusivamente en organismos hermafroditas, como la
mayoría de las plantas con flores y algunos invertebrados. Por lo general,
las plantas poliploides son más grandes y más robustas que sus antecesoras
diploides. Algunas veces se originan fetos poliploides en la raza humana, pero
fallecen en una fase precoz del desarrollo fetal y se produce un aborto. 1985 Primer
plan para un Proyecto Genoma Humano a nivel mundial. 1990 Concesión
de fondos públicos. 1993 Abre
el primer campus en Gran Bretaña para el estudio del genoma humano. 1994 Craig
Venter funda un instituto de investigación financiado por empresas. 1995 Comienza
el proyecto de decodificación a gran escala, con el objetivo de
terminar a fines del año 2005. 1998 Evaluación
del proyecto. Se fija el año 2003 como fecha de conclusión. Venter
funda la empresa Celera Genomics Inc. Su objetivo es concluir la
decodificación del genoma humano a fines del año 2001. 1999 Publicación
del código genético completo del cromosoma humano Nº 22. 2000 Celera
anuncia que tiene listo el 90% del primer borrador del genoma humano. 2001 Plazo
para conclusión del proyecto. 2003 Plazo
para conclusión del proyecto. | |||||||||||||||||||||||||||||