UNIDAD 10: EL MUNDO DE LOS GENES

UNIDAD 10: EL MUNDO DE LOS GENES.
Funciones biológicas
Las funciones biológicas del ADN incluyen el almacenamiento de información (genes y genoma), la
codificación de proteínas (trascripción y traducción) y su auto duplicación (replicación del ADN) para
asegurar la transmisión de la información a las células hijas durante la división celular.
Genes y genoma
El ADN se puede considerar como un almacén cuyo contenido es la información (mensaje) necesaria
para construir y sostener el organismo en el que reside, la cual se transmite de generación en generación.
El conjunto de información que cumple esta función en un organismo dado se denomina genoma, y el
ADN que lo constituye, ADN geonómico.
El ADN geonómico (que se organiza en moléculas de cromatina que a su vez se ensamblan en
cromosomas) se encuentra en el núcleo celular de los eucariota, además de pequeñas cantidades en las
mitocondrias y cloroplastos. En procariotas, el ADN se encuentra en un cuerpo de forma irregular
denominado nucleoide.
El ADN codificante
ARN polimerasa T7 (azul) produciendo un ARNm (verde) a partir de un molde de ADN (naranja).
La información genética de un genoma está contenida en los genes, y al conjunto de toda la información
que corresponde a un organismo se le denomina su genotipo. Un gen es una unidad de herencia y es una
región de ADN que influye en una característica particular de un organismo (como el color de los ojos, por
ejemplo). Los genes contienen un "marco de lectura abierto" (open reading frame) que puede
transcribirse, además de secuencias reguladoras, tales como promotores y enhancers, que controlan la
trascripción del marco de lectura abierto.
Desde este punto de vista, las obreras de este mecanismo son las proteínas. Estas pueden ser
estructurales, como las proteínas de los músculos, cartílagos, pelo, etc., o funcionales, como la
hemoglobina o las innumerables enzimas del organismo. La función principal de la herencia es la
especificación de las proteínas, siendo el ADN una especie de plano o receta para producirlas. La mayor
parte de las veces la modificación del ADN provocará una disfunción proteica que dará lugar a la
aparición de alguna enfermedad. Pero en determinadas ocasiones, las modificaciones podrán provocar
cambios beneficiosos que darán lugar a individuos mejor adaptados a su entorno.
Las aproximadamente treinta mil proteínas diferentes en el cuerpo humano están constituidas por veinte
aminoácidos diferentes, y una molécula de ADN debe especificar la secuencia en que se unen dichos
aminoácidos.
En el proceso de elaborar una proteína, el ADN de un gen se lee y se transcribe a ARN. Este ARN sirve
como mensajero entre el ADN y la maquinaria que elaborará las proteínas y por eso recibe el nombre de
ARN mensajero o ARNm. El ARN mensajero sirve de molde a la maquinaria que elabora las proteínas,
para que ensamble los aminoácidos en el orden preciso para armar la proteína.
El dogma central de la biología molecular establecía que el flujo de actividad y de información era: ADN →
ARN → proteína. No obstante, en la actualidad ha quedado demostrado que este "dogma" debe ser
ampliado, pues se han encontrado otros flujos de información: en algunos organismos (virus de ARN) la
información fluye de ARN a ADN; este proceso se conoce como "trascripción inversa o reversa", también
llamada "retrotranscripción". Además, se sabe que existen secuencias de ADN que se transcriben a ARN
y son funcionales como tales, sin llegar a traducirse nunca a proteína: son los ARN no codificantes, como
es el caso de los ARN interferentes.
El ADN no codificante ("ADN basura")
El ADN del genoma de un organismo puede dividirse conceptualmente en dos: el que codifica las
proteínas (los genes) y el que no codifica. En muchas especies, sólo una pequeña fracción del genoma
codifica proteínas. Por ejemplo, sólo alrededor del 1,5% del genoma humano consiste en exones que
codifican proteínas (20.000 a 25.000 genes), mientras que más del 90% consiste en ADN no codificante.
El ADN no codificante (también denominado ADN basura o junk DNA) corresponde a secuencias del
genoma que no generan una proteína (procedentes de transposiciones, duplicaciones, translocaciones y
recombinaciones de virus, etc.), incluyendo los intrones. Hasta hace poco tiempo se pensaba que el ADN
no codificante no tenía utilidad alguna, pero estudios recientes indican que eso es inexacto. Entre otras
funciones, se postula que el llamado "ADN basura" regula la expresión diferencial de los genes. Por
ejemplo, algunas secuencias tienen afinidad hacia proteínas especiales que tienen la capacidad de unirse
al ADN (como los homeodominios, los complejos receptores de hormonas esteroides, etc.), con un papel
importante en el control de los mecanismos de trascripción y replicación. Estas secuencias se llaman
frecuentemente "secuencias reguladoras", y los investigadores suponen que sólo se ha identificado una
pequeña fracción de las que realmente existen. La presencia de tanto ADN no codificante en genomas
eucarióticos y las diferencias en tamaño del genoma entre especies representan un misterio que es
conocido como el "enigma del valor de C".Recientemente, un grupo de investigadores de la Universidad
de Yale ha descubierto una secuencia de ADN no codificante que sería la responsable de que los seres
humanos hayan desarrollado la capacidad de agarrar y/o manipular objetos o herramientas.
Por otro lado, algunas secuencias de ADN desempeñan un papel estructural en los cromosomas: los
telómeros y centrómeros contienen pocos o ningún gen codificante de proteínas, pero son importantes
para estabilizar la estructura de los cromosomas. Algunos genes no codifican proteínas, pero sí se
transcriben en ARN: ARN ribosómico, ARN de transferencia y ARN de interferencia (ARNi, que son ARN
que bloquean la expresión de genes específicos). La estructura de intrones y exones de algunos genes
(como los de inmunoglobulinas y protocadherinas) son importantes por permitir los cortes y empalmes
alternativos del PRE-ARN mensajero que hacen posible la síntesis de diferentes proteínas a partir de un
mismo gen (sin esta capacidad no existiría el sistema inmune, por ejemplo). Algunas secuencias de ADN
no codificante representan pseudos genes que tienen valor evolutivo, ya que permiten la creación de
nuevos genes con nuevas funciones. Otros ADN no codificantes proceden de la duplicación de pequeñas
regiones del ADN; esto tiene mucha utilidad, ya que el rastreo de estas secuencias repetitivas permite
estudios sobre el linaje humano.
Trascripción y traducción
En un gen, la secuencia de nucleótidos a lo largo de una hebra de ADN se transcribe a un ARN
mensajero (ARNm) y esta secuencia a su vez se traduce a una proteína que un organismo es capaz de
sintetizar o "expresar" en uno o varios momentos de su vida, usando la información de dicha secuencia.
La relación entre la secuencia de nucleótidos y la secuencia de aminoácidos de la proteína viene
determinada por el código genético, que se utiliza durante el proceso de traducción o síntesis de
proteínas. La unidad codificadora del código genético es un grupo de tres nucleótidos (triplete),
representado por las tres letras iniciales de las bases nitrogenadas (por ej., ACT, CAG, TTT). Los tripletes
del ADN se transcriben en sus bases complementarias en el ARN mensajero, y en este caso los tripletes
se denominan codones (para el ejemplo anterior, UGA, GUC, AAA). En el ribosoma cada codón del ARN
mensajero interacciona con una molécula de ARN de transferencia (ARNt o tRNA) que contenga el triplete
complementario, denominado anticodón. Cada ARNt porta el aminoácido correspondiente al codón de
acuerdo con el código genético, de modo que el ribosoma va uniendo los aminoácidos para formar una
nueva proteína de acuerdo con las "instrucciones" de la secuencia del ARNm. Existen 64 codones
posibles, por lo cual corresponde más de uno para cada aminoácido; algunos codones indican la
terminación de la síntesis, el fin de la secuencia codificante; estos codones de terminación o codones de
parada son UAA, UGA y UAG (en inglés, nonsense codons o stop codons).
Replicación del ADN
Esquema representativo de la replicación del ADN.
La replicación del ADN es el proceso por el cual se obtienen copias o réplicas idénticas de una molécula
de ADN. La replicación es fundamental para la transferencia de la información genética de una
generación a la siguiente y, por ende, es la base de la herencia. El mecanismo consiste esencialmente en
la separación de las dos hebras de la doble hélice, las cuales sirven de molde para la posterior síntesis de
cadenas complementarias a cada una de ellas. El resultado final son dos moléculas idénticas a la original.
Este tipo de replicación se denomina semiconservativa debido a que cada una de las dos moléculas
resultantes de la duplicación presenta una cadena procedente de la molécula madre y otra recién
sintetizada.
Interacciones ADN-proteínas
Todas las funciones del ADN dependen de sus interacciones con proteínas. Estas interacciones pueden
ser no-específicas, o bien la proteína puede unirse de forma específica a una única secuencia de ADN.
También pueden unirse enzimas, entre las cuales son particularmente importantes las polimerasas, que
copian las secuencias de bases del ADN durante la transcripción y la replicación.
Proteínas de unión a ADN
Interacciones no-específicas
Interacción de ADN con histonas (en blanco, arriba). Los aminoácidos básicos de estas proteínas (abajo a
la izquierda, en azul) se unen a los grupos ácidos de los fosfatos del ADN (abajo a la derecha, en rojo).
Las proteínas estructurales que se unen al ADN son ejemplos bien conocidos de interacciones noespecíficas ADN-proteínas. En los cromosomas, el ADN se encuentra formando complejos con proteínas
estructurales. Estas proteínas organizan el ADN en una estructura compacta denominada cromatina. En
eucariota esta estructura implica la unión del ADN a un complejo formado por pequeñas proteínas básicas
denominadas histonas, mientras que en procariotas están involucradas una gran variedad de proteínas.
Las histonas forman un complejo en forma de disco denominado nucleosoma, que contiene dos vueltas
completas de ADN de doble hélice enrolladas alrededor de su superficie. Estas interacciones noespecíficas quedan determinadas por la existencia de residuos básicos en las histonas, los cuales forman
enlaces iónicos con el esqueleto de azúcar-fosfato del ADN y, por tanto, son en gran parte independientes
de la secuencia de bases. Las modificaciones químicas de estos aminoácidos básicos incluyen
metilación, fosforilación y acetilación. Estos cambios químicos alteran la fuerza de la interacción entre el
ADN y las histonas, haciendo al ADN más o menos accesible a los factores de trascripción y por tanto
modificando la tasa de trascripción.
Otras proteínas que se unen a ADN de manera no-específica en la cromatina incluyen las proteínas del
grupo de alta movilidad (HMG, High-Mobility Group) que se unen a ADN plegado o distorsionado. Estas
proteínas son importantes durante el plegamiento de los núcleo somas, organizándolos en estructuras
más complejas para constituir los cromosomas durante el proceso de condensación cromosómica. Se ha
propuesto que en este proceso también intervendrían otras proteínas, formando una especie de
"andamio" sobre el cual se organiza la cromatina; los principales componentes de esta estructura serían la
enzima topoisomerasa II α (topoIIalpha) y la condensina 13S. Sin embargo, el papel estructural de la
topoIIalpha en la organización de los cromosomas aún es discutido, ya que otros grupos argumentan que
esta enzima se intercambia rápidamente tanto en los brazos cromosómicos como en los cinetocoros
durante la mitosis.
Interacciones específicas
Un grupo bien definido de proteínas de unión a ADN es el conformado por las proteínas que se unen
específicamente a ADN de hebra simple (ssDNA). En humanos, la proteína A de replicación es la mejor
conocida de su familia y se utiliza en procesos en los que la doble hélice se separa, como la replicación
del ADN, la recombinación o la reparación del ADN. Estas proteínas parecen estabilizar el ADN de hebra
simple, protegiéndolo para evitar que formen estructuras de tallo-lazo (stem-loop) o que sea degradado
por nucleasas.
El factor de trascripción represor del fago lambda unido a su ADN diana mediante un motivo hélice-girohélice (helix-turn-helix).
Sin embargo, otras proteínas han evolucionado para unirse específicamente a secuencias particulares de
ADN. La especificidad de la interacción de las proteínas con el ADN procede de los múltiples contactos
con los extremos de las bases de ADN, lo que les permite "leer" la secuencia del ADN. La mayoría de
esas interacciones con las bases ocurre en la hendidura mayor, donde las bases son más accesibles
Las proteínas específicas estudiadas con mayor detalle son las encargadas de regular la trascripción,
denominadas por ello factores de trascripción. Cada factor de trascripción se une a una secuencia
concreta de ADN y activa o inhibe la trascripción de los genes que presentan estas secuencias próximas
a sus promotores. Los factores de trascripción pueden efectuar esto de dos formas:


En primer lugar, pueden unirse a la polimerasa de ARN responsable de la trascripción, bien
directamente o a través de otras proteínas mediadoras. De esta forma. se estabiliza la unión
entre la ARN polimerasa y el promotor, lo que permite el inicio de la trascripción.
En segundo lugar, los factores de trascripción pueden unirse a enzimas que modifican las
histonas del promotor, lo que altera la accesibilidad del molde de ADN a la ARN polimerasa.
Como los ADN diana pueden encontrarse por todo el genoma del organismo, los cambios en la actividad
de un tipo de factor de trascripción pueden afectar a miles de genes. En consecuencia, estas proteínas
son frecuentemente las dianas de los procesos de transducción de señales que controlan las respuestas
a cambios ambientales o diferenciación y desarrollo celular.
La enzima de restricción EcoRV (verde) formando un complejo con su ADN diana.
Enzimas que modifican el ADN
Nucleasas y ligasas
Las nucleasas son enzimas que cortan las hebras de ADN mediante la catálisis de la hidrólisis de los
enlaces fosfodiéster. Las nucleasas que hidrolizan nucleótidos a partir de los extremos de las hebras de
ADN se denominan exonucleasas, mientras que las endonucleasas cortan en el interior de las hebras.
Las nucleasas que se utilizan con mayor frecuencia en biología molecular son las enzimas de restricción,
endonucleasas que cortan el ADN por determinadas secuencias específicas. Por ejemplo, la enzima
EcoRV, que se muestra a la izquierda, reconoce la secuencia de 6 bases 5′-GAT|ATC-3′, y hace un corte
en ambas hebras en la línea vertical indicada, generando dos moléculas de ADN con los extremos romos.
Otras enzimas de restricción generan sin embargo extremos cohesivos, ya que cortan de forma diferente
las dos hebras de ADN. En la naturaleza, estas enzimas protegen a las bacterias contra las infecciones
de fagos, al digerir el ADN de dicho fago cuando entra a través de la pared bacteriana, actuando como un
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mecanismo de defensa. En biotecnología, estas nucleasas específicas de la secuencias de ADN se
utilizan en ingeniería genética para clonar fragmentos de ADN y en la técnica de huella genética.
Las enzimas denominadas ADN ligazas pueden reunir hebras de ADN cortadas o rotas. Las ligazas son
particularmente importantes en la replicación de la hebra que sufre replicación discontinua en el ADN, ya
que unen los fragmentos cortos de ADN generados en la horquilla de replicación para formar una copia
completa del molde de ADN. También se utilizan en la reparación del ADN y en procesos de
recombinación genética.
Topoisomerasas y helicasas
Las topoisomerasas son enzimas que poseen a la vez actividad nucleasa y ligaza. Estas proteínas varían
la cantidad de ADN superenrollado. Algunas de estas enzimas funcionan cortando la hélice de ADN y
permitiendo que una sección rote, de manera que reducen el grado de superenrollamiento. Una vez
hecho esto, la enzima vuelve a unir los fragmentos de ADN. Otros tipos de enzimas son capaces de cortar
una hélice de ADN y luego pasar la segunda hebra de ADN a través de la rotura, antes de reunir las
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hélices. Las topoisomerasas son necesarias para muchos procesos en los que interviene el ADN, como
la replicación del ADN y la trascripción.
Las helicazas son unas proteínas que pertenecen al grupo de los motores moleculares. Utilizan energía
química almacenada en los nucleósidos trifosfatos, fundamentalmente ATP, para romper puentes de
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hidrógeno entre bases y separar la doble hélice de ADN en hebras simples. Estas enzimas son
esenciales para la mayoría de los procesos en los que las enzimas necesitan acceder a las bases del
ADN.
Polimerasas
Las polimerasas son enzimas que sintetizan cadenas de nucleótidos a partir de nucleósidos trifosfatos. La
secuencia de sus productos son copias de cadenas de poli nucleótidos existentes, que se denominan
moldes. Estas enzimas funcionan añadiendo nucleótidos al grupo hidroxilo en 3' del nucleótido previo en
una hebra de ADN. En consecuencia, todas las polimerasas funcionan en dirección 5′ --> 3′. En los sitios
activos de estas enzimas, el nucleósido trifosfato que se incorpora aparea su base con la correspondiente
en el molde: esto permite que la polimerasa sintetice de forma precisa la hebra complementaria al molde.
Las polimerasas se clasifican de acuerdo al tipo de molde que utilizan:

En la replicación del ADN, una ADN polimerasa dependiente de ADN realiza una copia de ADN
a partir de una secuencia de ADN. La precisión es vital en este proceso, por lo que muchas de
estas polimerasas tienen una actividad de verificación de la lectura (proofreading). Mediante esta
actividad, la polimerasa reconoce errores ocasionales en la reacción de síntesis, debido a la falta
de apareamiento entre el nucleótido erróneo y el molde, lo que genera un desacoplamiento
(mismatch). Si se detecta un desacoplamiento, se activa una actividad exonucleasa en dirección
3′ --> 5′ y la base incorrecta se elimina. En la mayoría de los organismos las ADN polimerasas
funcionan en un gran complejo denominado replisoma, que contiene múltiples unidades
accesorias, como helicazas.

Las ADN polimerasas dependientes de ARN son una clase especializada de polimerasas que
copian la secuencia de una hebra de ARN en ADN. Incluyen la transcriptasa inversa, que es una
enzima viral implicada en la infección de células por retrovirus, y la telomerasa, que es necesaria
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para la replicación de los telómeros.
La telomerasa es una polimerasa inusual, porque
contiene su propio molde de ARN como parte de su estructura.

La trascripción se lleva a cabo por una ARN polimerasa dependiente de ADN que copia la
secuencia de una de las hebras de ADN en ARN. Para empezar a transcribir un gen, la ARN
polimerasa se une a una secuencia del ADN denominada promotor, y separa las hebras del
ADN. Entonces copia la secuencia del gen en un transcrito de ARN mensajero hasta que alcanza
una región de ADN denominada terminador, donde se detiene y se separa del ADN. Como
ocurre con las ADN polimerasas dependientes de ADN en humanos, la ARN polimerasa II (la
enzima que transcribe la mayoría de los genes del genoma humano) funciona como un gran
complejo multiproteico que contiene múltiples subunidades reguladoras y accesorias.
Recombinación genética
Estructura de un intermedio en unión de Holliday en la recombinación genética. Las cuatro hebras de
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ADN separadas están coloreadas en rojo, azul, verde y amarillo.
La recombinación implica la rotura y reunión de dos cromosomas homólogos (M y F) para producir dos
cromosomas nuevos reorganizados (C1 y C2).
Una hélice de ADN normalmente no interacciona con otros segmentos de ADN, y en las células humanas
los diferentes cromosomas incluso ocupan áreas separadas en el núcleo celular denominadas “territorios
cromosómicos”. La separación física de los diferentes cromosomas es importante para que el ADN
mantenga su capacidad de funcionar como un almacén estable de información. Uno de los pocos
momentos en los que los cromosomas interaccionan es durante el sobrecruzamiento cromosómico
(chromosomal crossover), durante el cual se recombinan. El sobrecruzamiento cromosómico ocurre
cuando dos hélices de ADN se rompen, se intercambian y se unen de nuevo.
La recombinación permite a los cromosomas intercambiar información genética y produce nuevas
combinaciones de genes, lo que aumenta la eficiencia de la selección natural y puede ser importante en la
evolución rápida de nuevas proteínas. Durante la profase I de la meiosis, una vez que los cromosomas
homólogos están perfectamente apareados formando estructuras llamadas bivalentes, se produce el
fenómeno de sobrecruzamiento o entrecruzamiento (crossing-over), en el cual las cromátidas homólogas
no hermanas (procedentes del padre y de la madre) intercambian material genético. La recombinación
genética resultante hace aumentar en gran medida la variación genética entre la descendencia de
progenitores que se reproducen por vía sexual. La recombinación genética también puede estar implicada
en la reparación del ADN, en particular en la respuesta celular a las roturas de doble hebra (double-strand
breaks)
La forma más frecuente de sobrecruzamiento cromosómico es la recombinación homóloga, en la que los
dos cromosomas implicados comparten secuencias muy similares. La recombinación no-homóloga puede
ser dañina para las células, ya que puede producir translocaciones cromosómicas y anomalías genéticas.
La reacción de recombinación está catalizada por enzimas conocidas como recombinadas, tales como
RAD51. El primer paso en el proceso de recombinación es una rotura de doble hebra, causada bien por
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una endonucleasa o por daño en el ADN. Posteriormente, una serie de pasos catalizados en parte por
la recombinada, conducen a la unión de las dos hélices formando al menos una unión de Holliday, en la
que un segmento de una hebra simple es anillado con la hebra complementaria en la otra hélice. La unión
de Holliday es una estructura de unión tetraédrica que puede moverse a lo largo del par de cromosomas,
intercambiando una hebra por otra. La reacción de recombinación se detiene por el corte de la unión y la
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reunión de los segmentos de ADN liberados.
Evolución del metabolismo de ADN
El ADN contiene la información genética que permite a la mayoría de los organismos vivientes funcionar,
crecer y reproducirse. Sin embargo, no está claro durante cuánto tiempo ha ejercido esta función en los
~3000 millones de años de la historia de la vida, ya que se ha propuesto que las formas de vida más
tempranas podrían haber utilizado ARN como material genético. El ARN podría haber funcionado como la
parte central de un metabolismo primigenio, ya que puede transmitir información genética y
simultáneamente actuar como catalizador formando parte de las ribozimas. Este antiguo Mundo de ARN
donde los ácidos nucleicos funcionarían como catalizadores y como almacenes de información genética
podría haber influido en la evolución del código genético actual, basado en cuatro nucleótidos. Esto se
debería a que el número de bases únicas en un organismo es un compromiso entre un número pequeño
de bases (lo que aumentaría la precisión de la replicación) y un número grande de bases (que a su vez
aumentaría la eficiencia catalítica de las ribozimas).
Desgraciadamente, no disponemos de evidencia directa de los sistemas genéticos ancestrales porque la
recuperación del ADN a partir de la mayor parte de los fósiles es imposible. Esto se debe a que el ADN es
capaz de sobrevivir en el medio ambiente durante menos de un millón de años, y luego empieza a
degradarse lentamente en fragmentos de menor tamaño en solución. Algunas investigaciones pretenden
que se ha obtenido ADN más antiguo, por ejemplo un informe sobre el aislamiento de una bacteria viable
a partir de un cristal salino de 250 millones de años de antigüedad, pero estos datos son controvertidos.
Sin embargo, pueden utilizarse herramientas de evolución molecular para inferir los genomas de
organismos ancestrales a partir de organismos contemporáneos. En muchos casos, estas inferencias son
suficientemente fiables, de manera que una biomolécula codificada en un genoma ancestral puede
resucitarse en el laboratorio para ser estudiada hoy. Una vez que la biomolécula ancestral se ha
resucitado, sus propiedades pueden ofrecer inferencias sobre ambientes y estilos de vida primigenios.
Este proceso se relaciona con el campo emergente de la paleogenética experimental.
A pesar de todo, el proceso de trabajo hacia atrás desde el presente tiene limitaciones inherentes, razón
por la cual otros investigadores tratan de elucidar el mecanismo evolutivo trabajando desde el origen de la
Tierra en adelante. Dada suficiente información sobre la química en el cosmos, la manera en la que las
sustancias cósmicas podrían haberse depositado en la Tierra, y las transformaciones que podrían haber
tenido lugar en la superficie terrestre primigenia, tal vez podríamos ser capaces de aprender sobre los
orígenes para desarrollar modelos de evolución ulterior de la información genética
GENÉTICA BÁSICA
En el ser humano la información genética esta contenida ADN con el que se convierte en la estructura
básica de la herencia. De una manera simplista; el gen se puede definir una porción del ADN de diversa
longitud, que codifica para la síntesis de una cadena polipeptídica.
Los genes están localizados linealmente en los cromosomas y se denominan "Locus" al sitio específico
que estos ocupan en dicho cromosoma. Los locus en cromosomas homólogos son llamados "hálelos" .
Como todo ser humano tiene dos copias de cada cromosoma, pues posee 23 pares, entonces tiene dos
loti para los hálelos que codifican para cada características. Estos hálelos están localizados en cada
cromosoma del mismo par, es decir, en los cromosomas homólogos: el materno y el paterno.
Cuando se encuentran múltiples hálelos para un locus determinado. Esto es lo que se conoce como
polimorfismo y puede decirse entonces, que dicho locus es polimórfico dentro de esa población.
La "penetrancia" y la "expresividad " de un gen, son dos aspectos importantes a tener en cuenta, a fin de
entender el comportamiento de ciertas enfermedades genéticas. La "expresividad" se refiere a la
capacidad que tiene el gen de manifestar su efecto. En otras palabras, significa la mayor o menor
manifestación clínica presente en un individuo. El término "expresividad variable", hace referencia
entonces a la variación en el grado de manifestación, el cual puede ir de leve a severo. La "penetrancia"
por su parte, mide la frecuencia de expresión del gen dependiendo del influjo de factores no genéticos.
Así pues, se dice que un gen tiene una penetrancia reducida cuando ésta es menor del 100%. Esto
explica por qué algunos genes no se manifiestan, aún estando presentes en el individuo. Muchos de ellos
requieren ciertas condiciones ambientales pues su manifestación depende del medio ambiente, es decir,
de condiciones no genéticas.
El término pleitrofismo se refiere a la capacidad que tiene un gen de producir varias características
distintas. Es decir, que es la manifestación de múltiples efectos producidos por un mismo gen. Los efectos
pleiotrópicos de un gen, explican que en ciertos síndromes dismórficos, un mismo individuo presente
alteraciones multisistémicas, con un compromiso simultáneo facial, ocular, auditivo o cardiaco, por
ejemplo.
Por el contrario, cuando una misma característica o patología es producida por el efecto de varios genes,
se habla entonces de "epítasis". Es esa interacción de productos de genes localizados en diferentes loci,
lo que ocasiona que la acción de un gen modifique la expresión fenotípica de otro.
Por otra parte, se ha definido "genotipo" a la constitución genética de un individuo, mientras que la
manifestación de este genotipo es denominada "fenotipo". Dicho fenotipo puede ser una característica
bioquímica, fisiológica, o bien ser un rasgo físico específico. Así pues, todo fenotipo siempre es el
resultado de una expresión genotípica.
Finalmente, existen tres conceptos básicos en genética que deben entenderse perfectamente para
comprender mejor los mecanismos de herencia. Estos son:
1)
Homocigosidad
vs.
Heterocigosidad
Se dice que un individuo es homocigoto, cuando tiene el mismo alelo en ambos loci, es decir, presenta las
dos copias del mismo gen tanto en el cromosoma paterno como en el materno. Por el contrario, si tiene
dos alelos distintos es un heterocigoto.
2)
Dominancia
vs.
Recesividad
Si una característica es manifestada solamente cuando los genes están en estado homocigoto ( es decir
se tienen las dos copias del mismo gen), se habla entonces de recesividad. Pero si la característica o
enfermedad es manifestada estando el gen en estado heterocigoto (es decir teniendo una sola copia del
mismo gen) se habla entonces de dominancia.
3)
Autosómico
vs.
Ligado
al
sexo
Cuando el gen heredado se encuentra localizado en un cromosoma autosómico, esa clase de herencia se
denomina "autosómico", mientras que si está localizado en el cromosoma X o en el Y, se conoce como
herencia "ligada al sexo", la cual puede ser ligada a X o ligada a Y. En genética humana se habla más de
la herencia ligada a X, simplemente porque la herencia ligada a "Y" no es muy comúnmente observada.
Las enfermedades genéticas pueden ser clasificadas en tres categorías:
DEFECTOS CROMOSOMICOS: Aquellas enfermedades en las cuales es posible demostrar alguna
anormalidad cromosómica, bien sea en el número de cromosomas presentes o bien en la estructuración
de algunos de ellos.
ENFERMEDADES UNIGÉNICAS O MENDELIANAS: Se refiere a aquellas que son debidas a la
presencia de una mutación de un gen único y específico, las cuales presentan un mecanismo de herencia
que puede ser dominante o recesivo, o bien, autosómico o ligado al sexo.
ENFERMEDADES MULTIFACTORIALES Y/O POLIGÉNICAS, definen ciertas condiciones patológicas,
producto de la interacción de factores genéticos y factores ambientales simultáneamente.
De esta clasificación se deduce que no toda enfermedad genética es necesariamente hereditaria, aunque
si lo son una muy buena proporción de ellas, en las que es posible definir un mecanismo de herencia
específico. De allí se deduce la importancia de una buena historia médica genética, lo mismo que la
correcta elaboración de un árbol genealógico en cada familia que tenga un problema genético.
Debemos resaltar el hecho de que recientemente se ha impulsado mucho la investigación sobre las
enfermedades que producen limitaciones auditivos o visuales, no sólo en Colombia sino en países de Sur
América, Europa y Estados Unidos. Muchos grupos científicos están trabajando seriamente sobre varias
de ellas, entre las que se encuentra la enfermedad denominada "Coroíderemias" las "Degeneraciones
Maculares", "La Retinitis Pigmentosa", algunas clases de "Sorderas hereditarias", defectos de "Arcos
branquiales", el "Síndrome de Waardenburg" y el "Síndrome de Usher".
La Herencia del Sexo
La diferenciación sexual es la expresión fenotípica de un conjunto de factores genéticos que determinan
que el individuo sea capaz de producir uno u otro tipo de células sexuales. Los individuos machos o de
sexo masculino, son los productores de espermatozoides, los individuos hembras o de sexo femenino,
son los productores de óvulos y los individuos hermafroditas son capaces de producir los dos tipos de
gametos.



Determinación del sexo
o Determinación fenotípica
o Determinación génica
o Determinación cromosómica
o Determinación cariotípica
Herencia ligada al sexo
o Daltonismo
o Hemofilia
Herencia influida por el sexo
Determinación del sexo



Determinación fenotípica. En muchas especies, la dotación genética no determina totalmente el
tipo de sexo, y son las condiciones ambientales las que realizan dicha determinación.
Muchas plantas superiores que producen flores hermafroditas pueden masculinizar o feminizar
sus flores cuando se las trata con alguna fitohormona.
En algunos gusanos marinos de la clase Poliquetos , los individuos jóvenes son todo machos y
los adultos todos hembras. Además cuando varias hembras crecen juntas en un ambiente
cerrado, las mas jóvenes acaban transformándose en machos, por influencia de una
ectohormona elaborada por los óvulos maduros.
En especies de ranas y sapos, los machos son hermafroditas en su fase juvenil y las hembras
adultas pueden pasar a hermafroditas e incluso a machos. En Rana temporaria , las larvas
genéticamente hembras que se desarrollan a 28:C dan lugar a machos y las larvas
genéticamente machos, y las larvas genéticamente machos que se desarrollan a menos de 10:C,
dan lugar a hembras.
Determinación génica. En algunas especies la determinación sexual es producida por un gen con
varios alelos. Es el caso del pepinillo del diablo, en el que se dan tres alelos para la sexualidad:
o aD es el alelo dominante y determina masculinidad
o a+ es el alelo intermedio y determina plantas monoicas (plantas con flores masculinas y
flores femeninas )
o ad es el alelo recesivo y determina la feminidad
Determinación cromosómica. El caso mas común de determinación sexual es aquel en el que los
genes que determinan la sexualidad se reúnen en unos cromosomas determinados que se
llaman cromosomas sexuales.
En todas las células de un individuo, excepto en los gametos, existen dos series de
cromosomas, que forman parejas de homólogos, es decir su dotación cromosómica, que
representamos por 2n.
Al agrupar estas parejas de homólogos existe un par de cromosomas que es diferente según
estemos estudiando una hembra o un macho.
Estos dos cromosomas que pueden ser identificados por su forma y tamaño, como
pertenecientes a uno de los dos sexos, se
denominan cromosomas sexuales, mientras
que los restantes pares de cromosomas
homólogos, que son iguales en tamaño y
forma para ambos sexos de una misma
especie , se denominan autosomas. La
representación gráfica de todos los
cromosomas de un individuo en cuanto al
número, tamaño y forma constituye el
CARIOTIPO.
Los cromosomas sexuales se han
denominado X e Y . En los mamíferos, las
células de los individuos machos contienen
un pan XY y las células de las hembras por
un par XX. En la especie humana, cuya
dotación cromosómica es de 46 cromosomas,
cada célula somática contiene 22 pares de
autosomas mas un par XX si se trata de una
mujer y 22 pares de autosomas y un par XY
si se trata de un varón.

La determinación sexual queda marcada en el momento de la fecundación y viene fijada por el
tipo de gametos que se unen. Las mujeres sólo producirán un tipo de óvulo con 22 autosomas
y un cromosoma sexual X, mientras que los varones formarán dos tipos de espermatozoides,
el 50% portadores de un cromosoma X y el 50% portadores de un cromosoma Y.
Al ser la fecundación producto del azar, un óvulo puede unirse a cualquiera de los tipos de
espermatozoides que se han producido, por lo que en la mitad de los casos se formaran
hembras y en otro 50% se formaran machos.
Determinación cariotípica. En Himenópteros sociales ( abejas, avispas...) el sexo viene
determinado por la dotación cromosómica: los individuos diploides son hembras y los
haploides son machos.
Herencia ligada al sexo
En la especie humana los cromosomas X e Y presentan diferencias morfológicas ( el Y es mas pequeño
que el X ) y tienen distinto contenido génico. Están compuestos por un segmento homólogo donde se
localizan genes que regulan los mismos caracteres y otro segmento diferencial, en este último se
encuentran tanto los genes exclusivos del X , caracteres ginándricos, como los del cromosoma Y,
caracteres holándricos. Los caracteres cuyos genes se localizan en el segmento diferencial del
cromosoma X, como daltonismo, hemofilia, ictiosis están ligados al sexo.
Daltonismo. Consiste en la incapacidad de distinguir determinados colores, especialmente el rojo y el
verde. Es un carácter regulado por un gen recesivo localizado en el segmento diferencial del
cromosoma X.
Los genotipos y fenotipos posibles son:
MUJER
HOMBRE
XDXD: visión normal
XD Y : visión normal
XDXd: normal/portadora Xd Y : daltónico
XdXd: daltónica

Hemofilia
Se caracteriza por la incapacidad de coagular la sangre, debido a la mutación de uno de los
factores proteicos. Igual que en el daltonismo, se trata de un carácter recesivo, y afecta
fundamentalmente a los varones ya que las posibles mujeres hemofílicas Xh Xh no llegan a
nacer, pues esta combinación homocigótica recesiva es letal en el estado embrionario.
Los genotipos y fenotipos posibles son:
MUJER
HOMBRE
XHXH: normales
XH Y : normal
XHXh: normal/portadora
Xh Y : hemofílico
XhXh: hemofílica (no nace)
Herencia influida por el sexo
Algunos genes situados en los autosomas, o en las zonas homólogas de los cromosomas sexuales, se
expresan de manera distinta según se presenten en los machos o en las hembras . Generalmente este
distinto comportamiento se debe a la acción de las hormonas sexuales masculinas.
Como ejemplo de estos caracteres, podemos citar en los hombres la calvicie, un mechón de pelo
blanco , y la longitud del dedo índice.
Si llamamos "A" al gen de pelo normal y "a" al gen de la calvicie. El gen "a" es dominante en hombres y
recesivo en mujeres. Según esto tendremos los siguientes genotipos y fenotipos para el pelo.
Genotipo
Hombres
Mujeres
AA
Normal
Normal
Aa
Calvo
Normal
aa
Calvo
Calva
GENES LIGADOS
A medida que se avanzó en la investigación sobre la herencia, se fue descubriendo que existían pares de
genes que no se heredaban en las proporciones que había encontrado Mendel. Y por lo tanto no se
cumple siempre la tercera ley . Esta ley se cumple cuando los caracteres elegidos están regulados por
genes situados en distintos cromosomas.
Como se aprecia en el esquema los dos caracteres elegidos por Mendel color de la semilla "A" y forma de
la semilla "B" se encuentran en distintos cromosomas y por lo tanto el individuo dihíbrido AaBb formará
cuatro clase de gametos (AB, Ab, aB, ab ). En cambio si los genes que estamos estudiando se
encuentran localizados en el mismo cromosoma , un individuo que tuviera el mismo genotipo dihíbrido
AaBb sólo formará dos clases de gametos, en el caso concreto del esquema se formarán los gametos con
las combinaciones : AB, ab.
En el caso concreto de las semillas de guisantes, como se ve en el esquema siguiente, en el que se ha
utilizado la técnica del retrocruzamiento o cruce de prueba tendríamos estos resultados:


Si los genes fueran independientes, el individuo dihíbrido AaBb formará cuatro posibles gametos
que darán origen a cuatro fenotipos posibles : amarillo-liso, amarillo - rugoso, verde - liso, verde rugoso.
Si los genes están ligados, el individuo dihíbrido formará solamente dos tipos de gametos y se
obtendrán solamente dos fenotipos : amarillo-liso y verde- rugoso.
Hoy en día sabemos que los cromosomas son portadores de un número elevado de genes, por lo tanto,
cuando un cromosoma es heredado por un hijo también son heredados todos sus genes, y en este caso
su comportamiento no sigue la Tercera Ley de Mendel, es decir, no se segregan independientemente.
A los genes que están localizados en el mismo cromosoma se les llama genes ligados.
Los genes ligados pueden encontrarse en fase de acoplamiento , alelos dominantes en el mismo
cromosoma; o en fase de repulsión, alelo dominante de un carácter junto al recesivo para el otro carácter.
MUTACIONES
Una mutación es un cambio heredable en el material genético de una célula.
En la naturaleza las mutaciones se originan al azar y, aunque las causas siguen siendo inciertas, se
conocen bastantes agentes externos, mutágenos, que pueden producir mutaciones como: las radiaciones
ambientales y sustancias químicas. Una mutación en una célula somática, puede provocar alteraciones
en el organismo en el que se presente; pero desaparece en el momento en que muere el individuo en que
se originó. Sin embargo, las mutaciones en las células sexuales, óvulos y espermatozoides, pueden
transmitirse como rasgos hereditarios diferenciadores a los descendientes del organismo en los que tuvo
lugar la mutación.
Se distinguen varios tipos de mutaciones en función de los cambios que sufre el material genético.
1.
Mutaciones cromosómicas . Este tipo de mutaciones provoca cambios en la estructura de los
cromosomas.
o Deleción. Implica la pérdida de un trozo de cromosoma; los efectos que se producen en
el fenotipo están en función de los genes que se pierden.
o Duplicación. En este caso existe un trozo de cromosoma repetido.
2.
Mutaciones genómicas. Este tipo de mutaciones afectan a la dotación cromosómica de un
individuo, es decir, los individuos que las presentan tienen en sus células un número distinto de
cromosomas al que es propio de su especie. No son mutaciones propiamente dichas, porque no
hay cambio de material genético, sino una aberración, la cual suele ser el resultado de una
separación anormal de los cromosomas durante la meiosis, con lo que podemos encontrarnos
individuos triploides (3n), tetraploides (4n), etc.
Estos poliploides así formados son genéticamente muy interesantes en las plantas cultivadas, y
hoy en día la mayoría de variedades gigantes de fresones, tomates, trigo, ... que existen en el
mercado, tienen este origen.
En el hombre, existen varios síndromes provocados por la no separación de una pareja de
cromosoma homólogos durante la meiosis, con lo cual permanecen unidos y se desplazan juntos
a un mismo gameto provocando lo que se denomina trisomía, es decir un individuo con un
cromosoma triplicado.
En los siguientes esquemas, tenemos las trisomías más frecuentes tanto en los autosomas,
como en los cromosomas sexuales.
ALTERACIONES EN LOS AUTOSOMAS
SÍNDROME
TIPO DE
MUTACIÓN
Características y síntomas de la
mutación
Síndrome de Down
Trisomía 21
Retraso mental, ojos oblicuos, piel rugosa,
crecimiento retardado
Síndrome de Edwars
Trisomía 18
Anomalías en la forma de la cabeza, boca
pequeña, mentón huido, lesiones
cardiacas.
Síndrome de Patau
Trisomía 13 ó 15
Labio leporino, lesiones cardiacas,
polidactilia.
ALTERACIONES EN LOS CROMOSOMAS SEXUALES
3.
Síndrome de
Klinefelter
44 autosomas + XXY
Escaso desarrollo de las gónadas, aspecto
eunocoide.
Síndrome del
duplo Y
44 autosomas + XYY
Elevada estatura, personalidad infantil, bajo
coeficiente intelectual, tendencia a la agresividad
y al comportamiento antisocial.
Síndrome de
Turner
44 autosomas + X
Aspecto hombruno, atrofia de ovarios, enanismo.
Síndrome de
Triple X
44 autosomas + XXX
Infantilismo y escaso desarrollo de las mamas y
los genitales externos.
Mutaciones génicas. Son las verdaderas mutaciones, porque se produce un cambio en la
estructura del ADN. A pesar de todos los sistemas destinados a prevenir y corregir los posibles
errores, de vez en cuando se produce alguno en la réplica, bien por colocarse una Citosina (C)
en lugar de una Timina (T), o una Adenina (A) en lugar de una Guanina (G); o bien porque el
mecanismo de replicación se salta algunas bases y aparece una "mella" en la copia. O se unen
dos bases de Timina, formando un dímero.
4.
5.
Aunque se trate de un cambio de un nucleótido por otro, supondrá una alteración en la secuencia
de un gen, que se traduce posteriormente en una modificación de la secuencia de aminoácidos
de una proteína.
Al transcribirse la mutación, al menos un triplete del ARNm , se encuentra modificado y su
traducción da lugar a que se incorpore un aminoácido distinto del normal en la cadena
6.
polipeptídica. Es un cambio que aunque la mayoría de las veces va a ser perjudicial, en contadas
ocasiones puede provocar que mejore un gen y gracias a esta característica se sintetice una
proteína distinta , que tenga propiedades distintas o participe en la formación de estructuras más
eficaces.
En estos casos raros, pero esenciales para la evolución de las especies , los individuos
portadores de la mutación poseen ventajas adaptativas respecto a sus congéneres , por lo que el
gen mutado es posible que con el tiempo, y gracias a la selección natural, sustituya al gen
original en la mayoría de los individuos que componen la población.
PROBLEMAS DE GENÉTICA
Herencia de un carácter
1.
Razona la veracidad o falsedad de la siguiente afirmación:
El color de tipo común del cuerpo de la Drosophila está determinado por el gen dominante "N",
su alelo recesivo "n" produce cuerpo de color negro. Cuando una mosca tipo común de raza
pura se cruza con otra de cuerpo negro, ? la fracción de la segunda generación que se espera
sea heterocigótica es 1/2 ?.
2.
En el hombre el color pardo de los ojos "A" domina sobre el color azul "a". Una pareja
en la que el hombre tiene los ojos pardos y la mujer ojos azules tienen dos hijos, uno de ellos
de ojos pardos y otro de ojos azules.
Averiguar:
o El genotipo del padre
o La probabilidad de que el tercer hijo sea de ojos azules.
3.
Como Mendel descubrió, las semillas de color amarillo en los guisantes son dominantes
sobre los de color verde. En los experimentos siguientes, padres con fenotipos conocidos pero
genotipos desconocidos produjeron la siguiente descendencia:
Parentales
Amarillo Verde
A. amarillo x verde
82
B. amarillo x amarillo 118
39
C. verde x verde
0
50
D. amarillo x verde
74
0
E. amarillo x amarillo 90
0
o
o
4.
78
Dar los genotipos más probables de cada parental
En los cruces B, D, E, indíquese qué proporción de la descendencia amarilla
producida en cada uno de ellos se esperaría que produjera descendientes verdes por
autopolinización.
La acondroplasia es una anomalía determinada por un gen autosómico que da lugar a un
tipo de enanismo en la especie humana. Dos enanos acondroplásicos tienen dos hijos, uno
acondroplásico y otro normal.
o La acondroplasia, ?es un carácter dominante o recesivo ?. ? Por qué ?.
o ? Cuál es el genotipo de cada uno de los progenitores ? ? Por qué ?.
o ? Cuál es la probabilidad de que el próximo descendiente de la pareja sea normal ?. ?
Y de qué sea acondroplásico ?. Hacer un esquema del cruzamiento.
5.
La fenilcetonuria (FCU) es un desorden metabólico que se hereda con carácter
autosómico recesivo. Dos progenitores sanos tienen un hijo con FCU.
o Indica los fenotipos y genotipos de todos los apareamientos que teóricamente pueden
dar un descendiente afectado de FCU.
o ? A cuál de estos tipos de apareamiento pertenece el caso descrito ?.
o ? Cuál es la probabilidad de que el siguiente hijo padezca también la enfermedad ?.
o ? Cuál será la probabilidad de qué un hijo normal (sano) de estos padres sea portador
heterocigótico para FCU ?.
6.
La ausencia de patas en las reses se debe a un gen letal recesivo. Del apareamiento
entre un toro y una vaca, ambos híbridos, ? qué proporciones genotípicas se esperan en la F2
adulta?. Los becerros amputados mueren al nacer.
7.
El albinismo es un carácter recesivo con respecto a la pigmentación normal. ? Cuál sería
la descendencia de un hombre albino en los siguientes casos?:
o Si se casa con una mujer sin antecedentes familiares de albinismo.
o Si se casa con una mujer normal cuya madre era albina.
o Si se casa con una prima hermana de pigmentación normal pero cuyos abuelos
comunes eran albinos.
8.
Dos plantas de dondiego (Mirabilis jalapa) son homocigóticas para el color de las flores.
Una de ellas produce flores de color blanco marfil y la otra, flores rojas. Señale los genotipos y
fenotipos de los dondiegos originados del cruce de ambas plantas, sabiendo que "B" es el gen
responsable del color marfil, "R" es el gen que condiciona el color rojo y que los genes R y B
son equipotentes ( herencia intermedia).
9.
? Cómo pueden diferenciarse dos individuos, uno homocigótico de otro heterocigótico,
que presentan el mismo fenotipo?. Razonar la respuesta.
Herencia de dos caracteres
1.
El pelo oscuro y el color marrón de los ojos se consideran dominantes sobre el pelo claro
y ojos azules. Un varón de estas características tiene dos hijos con una mujer de pelo claro y
ojos azules; uno de los hijos tiene pelo claro y ojos marrones, y el otro ojos azules y pelo
oscuro.
o ? Cuál es la probabilidad de que un tercer hijo tenga el pelo claro y los ojos
marrones?. Razonar la respuesta.
2.
En el tomate, el color púrpura del tallo está determinado por un alelo autosómico
dominante "A". El alelo recesivo "a" determina tallo de color verde. Otro gen autosómico
independiente controla la forma de la hoja: el alelo dominante "C" determina hoja con borde
recortado y el alelo recesivo "c" determina hoja con borde entero.
En la siguiente tabla se indican los resultados en tres cruces entre plantas de fenotipos
diferentes. En cada caso, indique cuáles son los genotipos de los progenitores y por qué.
Fenotipos de los
progenitores
púrpura/
recortada
Púrpura/
entera
Verde/
recortada
Verde/
entera
púrpura, recortada x verde,
recortada
321
101
310
107
púrpura, recortada x púrpura
144
recortada
48
50
18
púrpura, recortada x verde,
recortada
231
0
0
722
3.
4.
En las plantas de guisante, el alelo "L", que indica semillas lisas, es dominante sobre el
alelo "l", que indica semillas rugosas, y el alelo "A" que indica color amarillo, es dominante
sobre el alelo "a" , que indica color verde. Si se cruza una variedad pura lisa de color amarillo
con una variedad pura rugosa de color verde,
o ?cuál es el genotipo y el fenotipo de la primera generación filial (F1) ?.
o Indicar los fenotipos de la segunda generación (F2) y la proporción de cada uno de
ellos que resulta de la autofecundación de las plantas de la F1.
5.
Los pollos con alas y patas recortadas reciben el nombre de trepadores. El apareamiento
de este tipo de pollos con aves normales da lugar a una descendencia equilibrada entre pollos
normales y trepadores. El apareamiento de pollos trepadores entre sí produce una
descendencia formada por dos pollos trepadores y uno normal. El cruzamiento entre pollos
normales da lugar a una progenie uniforme formada exclusivamente por aves normales.
Explicar el fenómeno de forma razonada.
6.
En el guisante, los caracteres tallo largo y flor roja dominan sobre tallo enano y flor
blanca. ? Cuál será la proporción de plantas doble homocigóticas que cabe esperar en la F2
obtenida a partir de un cruzamiento entre dos líneas puras, una de tallo largo y flor blanca con
otra de tallo enano y flor roja ?. Indicar el genotipo de todas las plantas homocigóticas que
pueden aparecer en la F2. Razonar la respuesta.
7.
El color rojo de la pulpa del tomate depende de la presencia del factor R, dominante
sobre su alelo r para el amarillo. El enanismo se debe a un gen recesivo d. Se dispone de una
variedad homocigótica de pulpa amarilla y tamaño normal y otra enana de pulpa roja.
o ? Podría obtenerse a partir de las variedades disponibles, una variedad homocigótica
de pulpa roja y tamaño normal ?
o ? Y una variedad de pulpa amarilla y de porte enano ?. Razónese la respuesta.
8.
La miopía es debida a un gen dominante, al igual que el fenotipo Rh+. Una mujer de
visión normal Rh+, hija de un hombre Rh-, tiene descendencia con un varón miope
heterocigoto y Rh-. Establézcanse los previsibles genotipos y fenotipos de los hijos de la
pareja.
9.
La enfermedad de Tay-Sachs es una enfermedad hereditaria recesiva que causa la
muerte en los primeros años de vida cuando se encuentra en condición homocigótica. Se
piensa que los dedos anormalmente cortos, braquifalangia,se deben al genotipo heterocigótico
para un gen letal, siendo normal el individuo BB. ? Cuáles son los fenotipos esperados entre
niños adolescentes hijos de padres braquifalángicos y heterocigóticos para la enfermedad de
Tay-Sachs ?.
10.
Dos condiciones anormales en el hombre, que son las cataratas y la fragilidad de huesos
son debidas a alelos dominantes. Un hombre con cataratas y huesos normales cuyo padre
tenía ojos normales, se casó con una mujer sin cataratas pero con huesos frágiles, cuyo padre
tenía huesos normales. ?Cuál es la probabilidad de ?:
o
o
o
o
11.
Tener un hijo completamente normal
Que tenga cataratas y huesos normales
Que tenga ojos normales y huesos frágiles
Que padezca ambas enfermedades.
Los ratones gordos se pueden producir por dos genes independientes. El genotipo "oo"
genera un ratón gordo y estéril, llamado obeso; su alelo dominante "O" da lugar a crecimiento
normal. El genotipo recesivo "aa" también produce un ratón gordo y estéril llamado adiposo,
mientras que su alelo dominante ocasiona crecimiento normal. ? Qué proporciones fenotípicas
de ratones gordos frente a normales podemos esperar en F1, siendo los padres de genotipo
OoAa.
SERIES ALÉLICAS
Alelos múltiples
Hasta ahora, en todos los casos vistos, un gen tenía dos formas diferentes de expresarse; pero puede
ocurrir que un mismo gen tenga múltiples formas de presentarse, en cuyo caso decimos que tenemos
una serie de alelos múltiples. En estos casos, ha de establecerse la jerarquía de dominancia de unos
alelos sobre otros.
Los alelos múltiples más conocidos dentro de la especie humana son los de los grupos sanguíneos
AB0. Existen tres formas alélicas, representadas por los alelos "A", "B", "0". Los alelos A y B son
codominantes entre sí y su característica principal es que cada uno de ellos codifica la síntesis de una
proteína específica que se localiza en la superficie de los glóbulos rojos; son el antígeno A y el antígeno
B. La forma alélica 0 es recesiva con respecto a los alelos A y B y a su vez no produce ningún antígeno.
La jerarquía de dominancia en este caso es :
A=B>0
Genotipo AA, A0 BB, B0 AB 00
Fenotipo A
B
AB 0
Problemas de series alélicas
1.
Si un hombre de grupo sanguíneo AB se casa con una mujer de grupo A, cuyo padre era
de grupo 0. ? Qué grupos sanguíneos se puede esperar entre sus hijos y con qué frecuencia ?.
2.
Un hombre de grupo sanguíneo A y una mujer de grupo sanguíneo B tienen cuatro hijos,
de los cuales, uno pertenece al grupo AB, otro al 0, otro al B, y otro al A. Señalar
razonadamente el genotipo de los padres.
3.
La herencia del color de la piel en las reses, está determinado por una serie de alelos
múltiples, con la siguiente jerarquía de dominancia:
S > sh > sc > s
El alelo "S" determina una banda de color blanco alrededor del cuerpo que se denomina
cinturón holandés. El alelo "sh" produce manchas tipo Hereford, , el color sólido es el
resultado del alelo "sc" y las manchas tipo Holstein, están producidas por el alelo "s".
Machos con cinturón holandés, homocigóticos son cruzados con hembras tipo Holstein. Las
hembras de la F1 son cruzadas con machos tipo Hereford de genotipo "sh sc". Predecir las
frecuencias genotípicas y fenotípicas de la descendencia.
4.
Una serie de alelos múltiples gobierna la intensidad de la pigmentación en el ratón. D=
color completo, d= color diluído y dl= es letal en homocigosis. El orden de dominancia es :
D > d > dl
Un ratón de color completo portador del gen letal es apareado con un individuo de color diluído
también portador del gen letal. La F1 es cruzada con el padre diluido:
o
o
o
5.
?Qué proporción fenotípica puede esperarse de la descendencia viable ?
? Qué porcentaje de la descendencia con color completo es portadora del gen letal ?.
? Qué porcentaje de la descendencia con color diluido lleva el gen letal ?
El color de la concha de un molusco está controlado por una serie alélica que determina
los siguientes fenotipos: marrón, rosa, amarillo intenso y amarillo pálido.
Se hicieron cruzamientos entre varias razas puras, obteniendo la siguiente descendencia:
PARENTALES
F1
rosa x a. intenso
ROSA
rosa x a. pálido
ROSA
a. intenso x a. pálido A. INTENSO
marrón x rosa
ROSA
marrón x a. pálido
MARRÓN
6.
o
o
Interpretar los resultados
Se puso a aparear un individuo de color amarillo intenso con otros dos, uno de
fenotipo amarillo intenso y otro rosa
El individuo amarillo intenso deja 16 descendientes que son.
4 amarillo intenso, 8 rosa, 4 amarillo pálido suponiendo que sólo uno de los otros dos
individuos actuó como padre,
 ? cuál será su fenotipo ?
 ? Qué genotipos presentan el padre, la madre y los descendientes?.
.
7.
El sistema de grupos sanguíneos AB0, está determinado por tres alelos A, B, 0.
1. Indicar las proporciones fenotípicas que se espera en la descendencia de los
cruzamientos siguientes:
 AA x AB
 AA x B0
 AA x A0
 A0 x A0
 A0 x AB
2. En una clínica se mezclan por error 4 recién nacidos. Los grupos sanguíneos de estos
niños son: 0, A, B, AB. Los grupos sanguíneos de las cuatro parejas de padres son :
 AB x 0
 Ax0


A x AB
0 x0
Indicar qué niño corresponde a cada pareja.
8.
9.
En la familia de la ilustración se indican los grupos sanguíneos de cada individuo ( los
hombres se representan
con un cuadrado y las
mujeres con un círculo ).
Uno de los miembros de la
genealogía tiene un grupo
sanguíneo no explicable
en base al tipo de herencia
del carácter. Indicar de qué
persona se trata. Indicar
cuál de estas dos
explicaciones es la más
probable:
o La persona en
cuestión es
hijo/hija
extramatrimonial
de la persona que
figura como su
madre en la
genealogía.
o Hubo una
confusión (cambio de niño/a) en la clínica en que nació esta persona.
La persona señalada con una flecha se casa con un hombre que tiene un grupo sanguíneo AB.
Determine qué grupos sanguíneos pueden tener sus hijos, así como la probabilidad de cada
uno de ellos.
Caracteres ligados e influidos por el sexo
2.
La hemofilia es un carácter ligado al sexo. Si una mujer normal, cuyo padre era
hemofílico, se casa con un varón normal. ?Qué proporción de la descendencia tendrá
el gen para la hemofilia?.
3.
Una pareja en la que la visión de ambos es normal, tienen cuatro hijos. En ellos
y en sus descendientes se aprecian las siguientes características:
 Una hija con visión normal, que tiene un hijo normal y un hijo y una hija
daltónica.
 Una hija con visión normal, con tres hijas y dos hijos normales
 Un hijo daltónico, con dos hijas normales.
 Un hijo normal, con dos hijos y dos hijas normales.
Constituye la genealogía de esta familia e indica en cada caso los genotipos
probables.
4.
En las plantas, la determinación del sexo es similar a la del hombre. Se sabe
que un gen ligado "l" es letal en las hembras homocigóticas. Cuando se encuentra
en los machos de lugar a manchas de color amarillo-verde. El alelo dominante "L"
produce color verde oscuro normal.
Del cruce entre hembras heterocigóticas y macho amarillo-verde, predecir las
proporciones fenotípicas esperadas en la descendencia.
5.
Consideremos simultáneamente dos caracteres influidos por el sexo; la calvicie
y el dedo índice corto. Ambos caracteres se manifiestan como dominantes en el
hombre y recesivo en la mujer.
Un hombre heterocigótico para la calvicie y con el dedo índice normal se casa con una
mujer calva y heterocigótica para el carácter de longitud de dedo. ?Qué descendencia
se espera?.
6.
Se cruzó una hembra heterocigótica para los genes recesivos "a" y "b", con
un macho de fenotipo Ab. En la descendencia, el 50% de las hembras eran de
fenotipo AB y el otro 50% presentaban fenotipo Ab. En los machos, aparecía el 25%
de cada uno de los fenotipos AB, Ab, aB, ab. Explicar el tipo de herencia.
7.
Un gen recesivo ligado al sexo, produce en el hombre ceguera a los colores
en estado hemicigótico y ceguera a los colores a las mujeres homocigóticas. Un gen
influido por el sexo determina calvicie y es dominante en hombres y recesivo en
mujeres.
Un hombre heterocigótico calvo y con ceguera a los colores se casa con una mujer sin
calvicie y con visión normal, cuyo padre no era calvo ni ciego a los colores y cuya
madre era calva y con visión normal. Expectaciones de los fenotipos en los
descendientes.
8.
Un gen recesivo ligado al sexo (e) causa esterilidad en los machos. A la vista
del pedigrí, responder a las siguientes preguntas:



9.
?Cuál es la probabilidad de que II1 x II2 tengan otro hijo macho normal ?
?Cuál es la probabilidad de que II3 x II4 tengan una hija normal ?
?Cuál es la probabilidad de qué II5 x II6 tengan una hija portadora?
En el siguiente árbol genealógico, los cuadros rojos representan a personas
afectadas de hemofilia, enfermedad determinada por un alelo recesivo ligado al sexo.


10.
Si la mujer II2 tuviese dos hijos varones, ? cuál sería la probabilidad de que
ninguno fuera hemofílico ?.
? Cuál es la probabilidad de qué el primer hijo varón de la pareja II4 y II5 sea
hemofílico?.
Los gatos machos domésticos pueden ser negros o amarillos. Las hembras
pueden ser negras, barcinas ( con manchas amarillas y negras ) o amarillas. Si
estos colores son determinados por un gen ligado al sexo, ?cómo pueden explicarse
estos resultados?.
 Determinar los fenotipos esperados en la descendencia al cruzar una hembra
amarilla con un macho negro.
 Un cierto tipo de apareamiento produce la siguiente camada de gatitos:
machos
amarillos 1/2


11.
hembras
barcinas 1/2
hembras
negras 1/2
?Qué colores tienen los progenitores ?.
Otro tipo de apareamiento produce la siguientes camada de gatitos:
machos
amarillos 1/4

machos
negros 1/2
machos
negros 1/4
hembras
amarillas 1/4
hembras
barcinas
1/4
?Qué colores tienen los progenitores ?.
Un gen recesivo ligado al sexo, determina la hemofilia. De la información
obtenida en el siguiente pedigrí, contestar las siguientes cuestiones:



Si II2 se casa con un hombre normal, ?cuál es la probabilidad de que su
primer hijo sea un niño hemofílico ?.
Suponga que su primer hijo es hemofílico. ?Cuál es la probabilidad de que su
segundo hijo sea un niño hemofílico ?.
Si la madre de I1 era hemofílica , ?Cuál era el fenotipo del padre de I1 ?.
Los Tipos Sanguíneos:
¿Cuáles son los tipos sanguíneos posibles del padre de mi hijo?
Ayuda para contestar el problema
"Yo he estado leyendo su información sobre la herencia de los tipos sanguíneos y estoy confundida.
Quiero comprender cuál tipo sanguíneo podría tener el padre de mi hijo si mi hijo y yo somos del tipo A+.
También, mi hermano es tipo O y mi madre es A+. No podemos entender como puede ocurrir eso.
¿Puede ud. ayudarnos, por favor? -De una madre preocupada."
La Guía
Los tipos sanguíneos esperados del padre
La madre en esta situación es tipo A+. Su genotipo al locus ABO es AA o AO. Su genotipo del factor Rh
es Rh+/Rh+ o Rh+/Rh-. La información que la abuela de la madre también es tipo A+ y un hermano es
tipo O no dice que la abuela tiene un genotipo AO, porque ella es tipo A pero dio un alelo O a su hijo.
La madre quiere saber los tipos sanguíneos posibles del padre de su hijo. El hijo tiene el tipo A+.
Desafortunadamente en este caso en particular, la madre no puede distinguir entre unos padres posibles
sólo por su tipo sanguíneo. Según la tabla la madre habría podido tener un hijo del tipo A con un padre de
cualquiera de cuatro tipos: tipo A, tipo AB, tipo B, o tipo O. Igualmente, el padre del hijo puede ser Rh+ o
Rh-.
El Tipo
sanguíneo
de la Madre
El Genotipo
Posible
de la Madre
El Tipo
sanguíneo
de la Madre
El Genotipo
Posible
del Padre
El Tipo
sanguíneo
de la Madre
A
AA, AO
A
AA, AO
A, O
A
AA, AO
AB
AB
A, AB, B
A
AA, AO
B
BB, BO
A, AB, B, O
A
AA, AO
O
OO
A, O
Las cuestiones de la paternidad
Debe ser obvio de esta discusión que el tipo sanguíneo no es una prueba confiable para determinar la
paternidad. En algunos ejemplos, información no ambigua puede ser obtenida, por ejemplo un hombre del
tipo AB no puede tener un hijo del tipo O. Pero en la mayoría de ejemplos los resultados carecen de
certeza.
Si determinar la paternidad de un hijo es importante, hay pruebas sensibles de ADN disponibles que
pueden establecer la paternidad con eficacia de más de un 99.99% o excluir a alguien como padre con
certeza absoluta. En otra parte del sitio del Proyecto Biológico hay un ejercicio para seguir la herencia de
unos marcadores en un estudio de paternidad.
ANOMALÍAS CROMOSÓMICAS
Las anomalías cromosómicas son defectos genéticos que generalmente se producen por desordenes y
desbalances en los cromosomas del bebe. Aunque una de las más conocidas sea el síndrome de Down,
existen muchas clases de anomalías
Algunas de estas son menos serias pero otras incluso pueden producir la muerte del niño antes de que
nazca. Aproximadamente uno de cada 200 bebés nace con una anomalía cromosómica. Bastantes de los
niños con estas anomalías (aunque no todos) se caracterizan por presentar problemas de conducta,
retraso mental, incapacidades de aprendizaje, etc.
Lo que ocasiona un gran número y tipos de defectos de nacimiento son los errores en la estructura o
cantidad de los cromosomas. En ocasiones un infante puede nacer con menos o más cromosomas, o
alguno o más rotos o alterados en su estructura.
CAUSAS DE LAS ANOMALÍAS CROMOSÓMICAS
Generalmente, las anomalías cromosómicas se dan por un error durante el desarrollo de una célula
espermática u óvulo. Él por qué de estos errores es un misterio. Pero, hasta donde se sabe, nada de lo
que haga o deje de hacer cualquiera de los padres antes o durante su desarrollo puede ocasionar una
anomalía cromosómica en su hijo.
Las células reproductoras (óvulo y célula espermática) tienen solamente 23 cromosomas individuales.
Cuando estas células se unen y empieza el embarazo forman un óvulo fertilizado con 46 cromosomas.
Sin embargo a veces algo sale mal antes de que comience el embarazo. En el proceso de división celular,
se produce un error que hace que una célula espermática u óvulo termine con un número de cromosomas
mayor o menor que lo normal.
En el momento en el que esta célula (con una cantidad incorrecta de cromosomas) se une con un óvulo o
célula espermática normales, el embrión sufre una anomalía cromosómica. Además a pesar de que una
persona tenga la cantidad normal de cromosomas, puede ocurrir que pequeños segmentos de uno o más
cromosomas se eliminen, inviertan, dupliquen, se intercambien con parte de otro cromosoma o alteren su
ubicación normal.
Con frecuencia los embriones que tienen una cantidad incorrecta de cromosomas no sobreviven. En estos
casos, la mujer embarazada tiene un aborto espontáneo, casi siempre sin saberlo. Hasta el 70 % de los
abortos espontáneos producidos durante el primer trimestre del embarazo se dan por anomalías
cromosómicas.
ANOMALÍAS CROMOSÓMICAS MÁS COMUNES
Síndrome de Prader-Willi, Síndrome de Ellis-van Creveld ,Síndrome de Rubinstein-Taybi, Secuencia
Poland ,Síndrome de Down ,Síndrome de nevo de células basales ,Trisomía 13 ,Síndrome de Marfan ,
Acondroplasia, Síndrome de Apert, entre otros.
El síndrome de Down (trisonomía 21)
Es la causa más común de malformaciones de nacimiento en el ser humano, hay 1 caso por cada 660
nacimientos. El riesgo de que se produzca esta y otras trisomías aumenta con la edad de la madre.
Causas
Poseer una copia extra del cromosoma 21
Características
Los niños con este síndrome presentan diferentes grados de retraso mental, rasgos faciales
característicos: cabeza más pequeña de lo normal y deformada, nariz achatada, la esquina interna del ojo
puede presentar un pliegue redondeado de piel en lugar de terminar en punta. Las manos son anchas y
cortas, con dedos cortos, que suelen tener un único pliegue palmar. Los defectos cardíacos congénitos
son frecuentes en estos niños y a menudo se presenta una muerte prematura a menudo como resultado
de estos. Las anomalías gastrointestinales, como la atresia duodenal (obstrucción del duodeno) y la
atresia esofágica (obstrucción del esófago) son relativamente comunes. La obstrucción del tracto
gastrointestinal puede requerir una cirugía poco después del nacimiento.
Las perspectivas para los niños con síndrome de Down son mucho más alentadoras de lo que solían ser.
La mayoría tiene un retraso mental de leve a moderado. Con una intervención temprana y una educación
especial, muchos de estos niños aprenden a leer y a escribir y participan en diversas actividades infantiles
como cualquier niño normal. Además muchos de ellos ponen más esfuerzo, interés y preocupación por
los estudios y deportes que la mayoría de los niños, y son tan o más felices que cualquier niño.
Otras trisonomías
También hay trisonomias 13 y 18 que son menos comunes pero mucho más serias que el síndrome de
Down, tienen muchos defectos de nacimientos físicos y un retraso mental severo. Por desgracia, la
mayoría muere antes del primer año de vida. Uno de cada 5000 bebes es afectado por ellas.
Leucemia crónica
Ciertas anomalías cromosómicas y genéticas pueden ser responsables de las anormalidades celulares
que provocan la leucemia crónica, se producen glóbulos blancos inmaduros y anormales. dificultando la
lucha contra las infecciones y en la coagulación
Defectos del corazón
Y de los grandes vasos producidos por alteraciones en varias fases del desarrollo fetal y presentes en el
momento del nacimiento, es posible que no sean diagnosticados hasta más tarde. En este sentido se
sospecha que su incidencia es de 1/120 nacidos vivos, en donde algunas veces se puede identificar una
causa específica.
los defectos cromosómicos suelen estar asociados a anomalías cardíacas congénitas graves,
El síndrome de Marfan
Ocasionado por mutaciones en el gen fibrilina-1, que es el andamiaje de los tejidos elásticos en el cuerpo.
La interrupción de este produce cambios en los tejidos elásticos, específicamente en la aorta, la piel y el
ojo. También ocasiona un crecimiento exagerado de los huesos largos del cuerpo, provocando una
estatura elevada y extremidades largas, dedos como de araña (aracnodactilia), un grupo particular de
rasgos faciales que incluyen un paladar altamente arqueado y dientes apiñados, malformaciones
torácicas y curvatura de la espina
Síndrome de nevo de células basales
Es un conjunto de defectos múltiples que comprometen las glándulas endocrinas , la piel, el sistema
nervioso, los ojos, y los huesos, lo cual causa una extraña apariencia facial y una predisposición a cáncer
de piel. Los afectados tienen ojos separados, cejas prominentes, nariz y mandíbula prominente. Cerca o
en la pubertad aparece cáncer de piel
Causas
Se hereda como una característica autosómica dominante.
Entre los defectos de los huesos se encuentran los quistes en el maxilar superior e inferior, que causan un
desarrollo anormal de los dientes o fracturas espontáneas de la mandíbula., Anomalías en las costillas,
Escoliosis (curvatura de la espalda), cifosis (curvatura severa de la espalda) y Entre los trastornos del
sistema nervioso están: la ceguera , convulsiones
Hidrocefalia (agrandamiento de la cabeza), sordera, tumores cerebrales, retardo mental, los defectos en
el iris.
Síndrome de Apert
Puede ser hereditaria o presentarse sin que existan antecedentes familiares. Se caracteriza por el cierre
prematuro de las suturas craneales (suturas entre los huesos del cráneo), por lo que tienen una cabeza
puntiaguda y cara inusual. A medida que el niño crece los huesos de las manos y de los pies se van
fusionando progresivamente, lo cual disminuye la flexibilidad y el funcionamiento.
Causas
Se trasmite como un rasgo autosómico dominante. Existen algunos casos de presentación espontánea en
los que no existen antecedentes familiares. Esta condición se da por mutaciones en un gen denominado
receptor 2 del factor de crecimiento de fibroblasto.
Existen algunos otros síndromes con características similares al síndrome de Apert y que involucran
craniosinostosis (fusión prematura de las suturas):

Síndrome de Saethre-Chotzen

Síndrome de Carpenter (deformidad del cráneo en forma de cruce en trébol)

Enfermedad de Crouzon (disostosis craneofacial)

Síndrome de Pfeiffer
Anomalías comunes de cromosomas sexuales
Entre las anomalías más comunes están las que se relacionan con la presencia adicional o la falta de
cromosomas sexuales (X e Y). Normalmente, las mujeres tienen dos cromosomas X y los varones un
cromosoma X y un cromosoma Y. Estas muchas veces afectan el desarrollo sexual , anomalías en el
crecimiento e infertilidad, y, en ciertos casos, problemas de aprendizaje y comportamiento. A pesar de eso
la mayoría de los afectados tienen una vida relativamente normal. Las más conocidas son:

Triple X es un cromosoma X de más lo tiene una de cada 1.000 a 2.000 mujeres. Estas niñas,
no tienen las mismas anomalías físicas, suelen ser altas, parecen ser fértiles y pasan una
pubertad normal. Son de inteligencia promedio, pero son frecuentes las incapacidades de
aprendizaje. Es común que esta se detecte solo si se han hecho pruebas prenatales ya que se
les ve saludables y de aspecto normal

El síndrome de Turner afecta a una de cada 2.500 niñas. Las niñas con este síndrome tienen
un solo cromosoma X en lugar de dos. Generalmente, son estériles y a menos que usen
hormonas no tendrán los cambios normales de la pubertad. Algunas tienen otros problemas de
salud, (defectos cardíacos), son de baja estatura,(pero pueden crecer gracias a las hormonas),
poseen una inteligencia normal, pero algunas tienen dificultades para los conceptos espaciales y
las matemáticas.

El síndrome de Klinefelter afecta a aproximadamente uno de cada 600 a 800 niños. Los
afectados tienen dos, o más, cromosomas X junto con su cromosoma Y (lo normal es que tengan
un X y un Y). Tienen más problemas con el juicio y el control de los impulsos que los XY. Suelen
ser altos con incapacidades de aprendizaje. De adultos, producen menos testosterona de lo
normal y son infértiles
la revolución genética
Cappecchi, Smithies y Evans establecieron en los ochenta las bases experimentales y metodológicas
para la modificación genética dirigida en un genoma de mamífero, el ratón.
Evans fue pionero en describir y obtener cultivos de células pluripotentes embrionales (células ES) de
ratón, en 1981.
Las células ES se obtienen a partir de la masa interna celular de embriones de 3 a 4 días de edad, en el
estadio de blastocisto, etapa previa a la implantación en el útero para su gestación.
Se las conoce como células madres embrionarias, aunque la denominación más apropiada sería la de
células troncales pluripotentes embrionarias.
La relevancia de estas células ES radica en que virtualmente todos los tejidos y órganos pueden
obtenerse a partir de ellas.
Es importante destacar que no solamente los tejidos somáticos, sino también los de la línea germinal, que
pasarán a generaciones posteriores, se obtienen a partir de las células ES.
Tras la descripción de estas células ES, los laboratorios de Capecchi y Smithies desarrollaron, a partir de
1987, métodos para modificarlas genéticamente de forma controlada, mediante un proceso denominado
recombinación homóloga.
Esto permitió inactivar específicamente un gen, dejando el resto del genoma intacto. Los ratones que
pudieron obtenerse a partir de estas células ES genéticamente modificadas, en 1989, manifestaban los
efectos de la mutación en un gen determinado.
Esta estrategia y las que se desarrollaron a partir de ella han posibilitado conocer la función de muchos
genes en el ratón y deducir así la función normal de los genes humanos correspondientes, en razón de su
alto grado de homología, lo que ha servido para entender las causas de muchas enfermedades cuando
estos mismos genes dejan de funcionar correctamente.
Hoy en día ya se conocen los efectos en el ratón de la eliminación de varios centenares de genes (tiene
más de 20.000).
Varios consorcios internacionales trabajan ahora en la inactivación sistemática de todos los genes del
ratón a partir de técnicas derivadas de los experimentos pioneros de Capecchi, Smithies y Evans, hace
más de 25 años.
Las células madre
Llamamos células madre, o células troncales, a un tipo especial de células indiferenciadas que tienen la
capacidad de dividirse indefinidamente sin perder sus propiedades y llegar a producir células
especializadas.
La mayoría de las células de un individuo adulto (nos estamos refiriendo al
hombre y los mamíferos superiores) no suelen multiplicarse, salvo para
mantenimiento de algunos tejidos como la sangre y la piel. Las células del
músculo y de la grasa en condiciones normales no se dividen. Si
engordamos, no es que tengamos más células, en realidad tenemos la
misma cantidad de células, pero éstas han aumentado de tamaño.
Si una lagartija pierde la cola, le vuelve a crecer. En los mamíferos no
ocurre así. Si un individuo pierde un miembro, no lo vuelve a desarrollar.
Su capacidad de regeneración está limitada a la cicatrización. Sin
embargo, en prácticamente todos los tejidos hay unas células que, aunque
habitualmente no se dividen, en condiciones particulares pueden proliferar
y regenerar ese tejido. Artificialmente se ha visto que estas células tienen capacidad de reproducirse y
generar otros tejidos distintos, y reciben el nombre de células madre.
Veamos ahora el desarrollo de un embrión para entender mejor qué son las células madre.
Desarrollo embrionario
El cigoto formado tras la fecundación de un óvulo por un espermatozoide es una célula capaz de generar
un nuevo individuo completo. Se trata, pues, de una célula totí potente: capaz de producir un espécimen
completo con todos sus tejidos.
Entre los días primero al cuarto del desarrollo embrionario, la célula original va dividiéndose en varias
células más. Cada una de estas células, si es separada del resto, es capaz de producir un individuo
completo. Son también células totí potente.
A partir del cuarto día del desarrollo embrionario humano se forma el blastocito. El blastocito está
formado por dos tipos de células y una gran cavidad interior:


Capa externa: forma la placenta y las
envolturas embrionarias. Es el trofoblasto.
Masa celular: formará todos los tejidos del
cuerpo humano. Se denomina embrioblasto.
Las células de un blastocisto ya no son totí potentes,
puesto que una sola de estas células ya no es capaz
de generar un individuo completo. Las células de la
masa celular interna del blastocistoson células
pluripotentes.
Estas células pluripotentes del interior del
blastocistoson las células madre embrionarias, y
tienen capacidad de originar cualquier tipo de tejido.
Clonación
Recientemente el gobierno inglés ha permitido la
investigación con embriones humanos para obtener células madre. Se suele utilizar un proceso semejante
al usado en la clonación animal:


Se coge un óvulo al que se le extrae el material nuclear. Se extrae el núcleo de una célula adulta
del individuo a clonar.
Se transfiere el núcleo extraído de la célula adulta al óvulo
A partir de aquí tenemos un cigoto artificial que podrá, tras su desarrollo embrionario, crecer hasta
convertirse en un individuo clónico, genéticamente idéntico al individuo del que se extrajo la célula adulta.
Si en las primeras fases del desarrollo del embrión extraemos las células de la masa celular interna del
blastocisto y logramos especializarlas, podríamos obtener cualquier tejido para trasplantes.
Células madre:
Tienen la capacidad de multiplicarse indefinidamente y generar células especializadas.
Células pluripotentes:
Capaces de producir las mayor parte de los tejidos de un organismo. Aunque pueden producir
cualquier tipo de célula del organismo, no pueden generar un embrión.
Células totipotenes:
Son capaces de transformarse en cualquiera de los tejidos de un organismo. Cualquier célula totí
potente colocada en el útero de una mujer tiene capacidad de originar un feto y un nuevo
individuo.
Células multipotentes:
Se encuentran en los individuos adultos. Pueden generar células especializadas concretas, pero
se ha demostrado que pueden producir otro tipo diferente de tejidos.
Células madre adultas
En un individuo adulto hay tejidos en los que algunas de sus células se dividen activamente, pero en otros
no. Entre los que se dividen están la médula ósea y la piel, en ellos encontramos células madre de la
médula ósea y de la piel. Estas células se reproducen y generan células especializadas de sangre y de
piel respectivamente. En otros tejidos se han encontrado también células madres especializadas, capaces
de reproducirse y de generar tejidos especializados y sólo esos tejidos. Estas células madre
especializadas son muy escasas y difíciles de aislar.
En un principio se pensó que las células madre especializadas sólo podían generar células especializadas
del mismo tipo. Sin embargo se ha observado que estas células pueden llegar a generar células con una
especialización diferente de la original. Así células madre neuronales de la médula espinal han producido
diferentes tipos de células sanguíneas. Estudios en ratas han obtenido células hepáticas partiendo de
células madre demédula espinal. Cada día salen a la luz nuevos ejemplos de células madre
especializadas que producen células especializadas diferentes de las esperadas. Esto demuestra que las
células madre presentes en el individuo adulto son mucho más flexibles de lo que se pensaba.
De aquí se derivan grandes expectativas de terapias innovadoras. Parece que las células madre adultas
tienen un gran potencial y quizá más facilidades que las células madre embrionarias puesto que se puede
partir de células del propio individuo y, por tanto, con la misma carga genética. Esto solventa, además, los
serios problemas éticos de manipular y destruir embriones.
Investigar con células madre adultas
Por otro lado, se podrían obtener células madre del propio individuo adulto y especializarlas igualmente
para obtener otros tejidos o reconstruir los órganos necesarios. Un buen suministro de células madre
propias podría ser el cordón umbilical obtenido en el momento del parto y conservado congelado.
Se recogen células madre de un individuo adulto. Otra posibilidad es guardar congelado el cordón
umbilical del bebé al nacer que puede servir como suministro muy válido de células madre.
Se cultivan las células madre en el medio adecuado hasta obtener el tejido que se necesite.
Se trasplanta al individuo enfermo el tejido cultivado o las células necesarias para regenerar el órgano
enfermo.
Aplicaciones
El estudio de las células madre nos permitirá
conocer los mecanismos de especialización
celulares. Qué mecanismos hacen que un gen
sea activo y haga su trabajo y qué mecanismos
inhiben la expresión de ese gen. El cáncer, por
ejemplo, es un caso de especialización celular
anormal.
Las células madre pueden servir para probar
nuevos medicamentos en todo tipo de tejidos
antes de hacer las pruebas reales en animales o
en humanos.
Las células madre tendrán aplicaciones en
terapias celulares, medicina regenerativa o
ingeniería tisular. Muchas enfermedades son
consecuencia de mal funciones celulares o
destrucción de tejidos. Uno de los remedios, en
casos muy graves, es el transplante. Las células
madre pluripotentes estimuladas a desarrollarse como células especializadas ofrecen frecuentemente la
posibilidad de reemplazar células y tejidos dañados. Así se podrán emplear para casos de Parkinson y
Alzheimer, lesiones medulares, quemaduras, lesiones de corazón o cerebrales, diabetes, osteoporosis y
artritis reumatoide.
Veamos ejemplos de aplicaciones:
Según publicó Science Abril de 2000, a dos bebés que nacieron con un defecto genético que les
ocasionaba una severa inmunodeficiencia, les extrajeron células madre de médula ósea. Se cultivaron las
células, se reemplazó el gen defectuoso y se transfirieron de nuevo a los niños. Este experimento, en el
que se emplearon células madre de los propios bebés, constituyó el primer éxito de curación mediante
terapia genética.
Por primera vez en España en la Clínica Universitaria de Navarra se ha curado un corazón infartado
implantando células madre del propio paciente. El paciente tenía una parte del músculo cardíaco muerta a
acusa de varios infartos. Se le extrajeron células del muslo se seleccionaron y purificaron las células
madre. Después de cultivarlas durante tres semanas se inyectaron en el músculo infartado. La
recuperación fue prodigiosa.
Un trabajo de la Universidad Johns Hopkins, en Baltimore, presentado durante el encuentro anual de la
Sociedad Americana de Neurociencia explicaba que la inyección de células madre en el líquido
cefalorraquídeo de los animales lograba devolver el movimiento a unos roedores con parálisis. Los
expertos introdujeron células madre neuronales en los roedores paralizados por un virus que ataca
específicamente a las neuronas motoras y comprobaron que el 50 por ciento recuperaba la habilidad de
apoyar las plantas de una o de dos de sus patas traseras.
Las investigaciones son muy prometedoras y avanzan muy rápidamente, pero queda mucho por hacer
para llegar a aplicaciones clínicas reales. Todavía falta por conocer los mecanismos que permiten la
especialización de las células madre humanas para obtener tejidos especializados válidos para el
transplante.
BIOÉTICA
El término “bioética” fue utilizado por primera vez por V. R. Potter hace poco más de treinta años (Potter,
1970). Con este término aludía Potter a los problemas que el inaudito desarrollo de la tecnología plantea a
un mundo en plena crisis de valores. Urgía así a superar la actual ruptura entre la Ciencia y la Tecnología
de una parte y las Humanidades de otra. Ésta fisura hunde sus raíces en la asimetría existente entre el
enorme desarrollo tecnológico actual que otorga al hombre el poder de manipular la intimidad del ser
humano y alterar el medio, y la ausencia de un aumento correlativo en su sentido de responsabilidad
por el que habría de obligarse a sí mismo a orientar este nuevo poder en beneficio del propio hombre y de
su entorno natural.
La bioética surge por tanto como un intento de establecer un puente entre ciencia experimental y
humanidades (Potter, 1971) . De ella se espera una formulación de principios que permita afrontar con
responsabilidad –también a nivel global- las posibilidades enormes, impensables hace solo unos años,
que hoy nos ofrece la tecnología.
Bioética y ética médica
¿Acaso esta nueva disciplina viene a sustituir a la ética médica, disciplina que hasta hace poco ha venido
guiando al profesional de la salud? En absoluto. Por el contrario, la ética médica permanece como matriz
rectora y a la vez parte principal de la bioética. Así se deduce de la definición de bioética de la
“Encyclopaedia of Bioethics”: estudio sistemático de la conducta humana en el ámbito de las
ciencias de la vida y de la salud, analizada a la luz de los valores y principios morales" (Reich,
1978).
La ética médica no es sólo una parte de la bioética, sino que goza además de especial relevancia en el
conjunto de la nueva disciplina. Por la riqueza de su tradición científica y humana - ausente en el resto de
la bioética- posee un especial valor que no puede ser ignorado. La pretensión ilusoria de construir una
“ética nueva” que habría de romper con la ética tradicional no sólo carece de fundamento sino que deja
traslucir una notable ignorancia. Ciertamente la bioética – y con ella la ética médica- afronta hoy
problemas nuevos, pero cuenta con los mismos medios de siempre para resolverlos: el uso juicioso de
la razón y la luz de los valores y principios coherentes con la específica forma de ser del hombre. No
puede ser de otra forma.
Por el contrario, sí resulta nuevo el talante dialogante, tolerante y respetuoso que preside el ejercicio
bioético. Así lo exige la diversidad cultural e ideológica del mundo actual. Sin embargo, ser tolerante no
significa rebajar las exigencias de la realidad, ni el reconocimiento de sus auténticas implicaciones éticas.
Traduce en cambio la conciencia de que sólo una actitud de diálogo abierto y honesto, respetuoso con la
legítima libertad de las conciencias, puede permitirnos avanzar juntos hacia el reconocimiento de los
valores y principios auténticos.
Formación en bioética
Los motivos que empujan a perfeccionar la preparación personal son múltiples. Muchos profesionales
sanitarios desean encontrar una solución adecuada a los frecuentes dilemas éticos que se plantean en
la práctica clínica. Estos dilemas se plantean también a otros niveles: en los comités de bioética, en la
docencia de PRE o postgrado en ciencias de la salud o en disciplinas como el derecho, la política, la
gestión, periodismo sanitario, etc., o en el contexto de trabajos de investigación con seres humanos. Por
otro lado es cada vez mayor el número de los que sienten la urgencia de afrontar con eficacia los
problemas bioéticos y desean colaborar en su resolución. Se plantea así por una u otra vía la necesidad
de adquirir una formación bioética sólida, a nivel de un postgrado universitario.
Se comprende que sólo una formación pluridisciplinar a la vez teórica y práctica permitirá adentrarse en
esta disciplina si se quiere evitar la frivolidad de confundir el diálogo bioético con un mercado de opiniones
livianas. Es éste un punto importante y si en algunos ambientes la bioética no ha conseguido la reputación
y autoridad que merece se debe quizás a la falta de preparación y de prestigio de quienes indebidamente
se constituyen en "expertos" y maestros de bioética.
Por la importancia de sus fines, es necesario que quien pretenda formarse opiniones sólidas es este
campo profundice en el conocimiento del ser humano y de los dilemas científicos y tecnológicos
actuales, especialmente en los propios de la medicina asistencial y de la investigación clínica y biológica.
Esta preparación deberá ser exigente y continua y habrá de atender a aspectos tanto teóricos (ética,
antropología, historia del desarrollo tecnológico, filosofía de la ciencia) como prácticos (pensamiento
crítico [1], adquisición del hábito de la honestidad intelectual [2] y la capacidad de comunicación y diálogo,
incluyendo el aprendizaje de algún idioma y cierta familiaridad con los medios informáticos de
comunicación virtual).
La bioética nace además con pretensiones de globalidad. Desea ayudar a resolver un conflicto que existe
dentro de cualquier cultura moderna: el conflicto entre las posibilidades que ofrece el desarrollo
tecnológico y las exigencias de una vida auténticamente humana. Aunque el problema es universal, los
actores se mueven en diversos entornos culturales. Por ello, se requiere de los protagonistas de la
bioética que se hallen abiertos al diálogo intercultural con el fin de fijar valores y principios de actuación
universalmente válidos. Para ello resulta de gran utilidad el poder acceder a los recursos de internet
(disponibles en buena parte en inglés), así como la posibilidad de utilizar el correo electrónico.
División de la bioética
Podemos dividir la bioética en una parte general o fundamental y una parte especial o aplicada. La
bioética general se ocupa de los fundamentos éticos, de los valores y principios que deben dirigir el juicio
ético y de las fuentes documentales de la bioética (códigos médicos, derecho nacional e internacional,
normas deontológicas y otras fuentes que enriquecen e iluminan la discusión, como las biográficas,
literarias o religiosas). La bioética especial se ocupa de dilemas específicos, tanto del terreno médico y
biomédico como referentes al ámbito político y social: modelos de asistencia sanitaria y distribución de
recursos, la relación entre el profesional de la salud y el enfermo, prácticas de medicina prenatal, el
aborto, la ingeniería genética, eugenesia, eutanasia, trasplantes, experimentos con seres humanos, etc.
Es claro que el enfoque que se dé a la fundamentación (bioética general) condicionará las posibles
soluciones que se ofrezcan a los dilemas (bioética especial). Así ocurre con el rechazo de la
eutanasia en un modelo bioético basado en la búsqueda de la verdad sobre el hombre y en el
reconocimiento y respeto de su especial dignidad, o –por el contrario- la entusiasta aceptación de la
eutanasia en los modelos relativistas basados en la autonomía absoluta de la libertad individual.
En ocasiones se habla de bioética clínica o toma de decisiones. En ella se examinan dilemas nacidos en
el ejercicio asistencial de la medicina, analizándose los valores éticos en juego y los medios concretos
disponibles para resolver el conflicto de la mejor manera. Si bien el caso particular presenta matices a
considerar y priorizar, la conducta no debería entrar en contradicción con los valores utilizados en la
bioética en general.