unidad i - Mxgo.net

Biología II
2007
Centro de Desarrollo
Educativo [CDE]
[Acuerdo No.
MSB120051404 de
Fecha 15 de Marzo
2005]
http://www.utea1.net
http://www.mxgo.net
[C.T. 14PBJ0076Z]
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UNIDAD I
REPRODUCCION Y HERENCIA
1.1.2.- Replicación del ADN.
1.1.3.- ARN y síntesis de proteínas.
1.1.4.- Código genético.
1.2.- Reproducción celular y en organismos.
1.2.1.- Ciclo celular y cáncer.
1.2.2.- Mitosis.
1.2.3.- Reproducción asexual.
1.2.4.- meiosis.
1.2.5.- Reproducción sexual.
1.2.6.- Ventajas de la reproducción sexual y asexual.
1.3.- Herencia.
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1.3.1.- Herencia mendeliana.
1.3.2.- Herencia posmendeliana.
1.3.3.- Teoría cromosómica.
1.3.4.- Herencia ligada al sexo.
1.3.5.- Mutaciones.
1.4.- La genética del siglo XXI.
1.4.1.- Logros y limitaciones.
1.4.2.- Biotecnología ( industria, agricultura y ganadería ).
1.4.3.- Bioética.
1.1.- Genética molecular:
La genética molecular es el campo de la biología que estudia la estructura y la función
de los genes a nivel molecular. La genética molecular emplea los métodos de la genética
y la biología molecular.
Se denomina de esta forma para diferenciarla de otras ramas de la genética como la
ecología genética y la genética de poblaciones. Un área importante dentro de la genética
molecular es el uso de la información molecular para determinar los patrones de
descendencia y por tanto, la correcta clasificación científica de los organismos, lo que se
denomina sistemática molecular, mientras que al establecimiento de relaciones de
parentesco se llama filogenia molecular. Gracias a esto se usa el método de huella
genética daniela
CONCEPTOS BASICOS DE GENETICA
INTRODUCCIÓN
Si nos detenemos a observar las características que presentan los integrantes
de nuestra familia, vermos que compartimos muchos caracteres, entre ellos,
color de la piel, estructura corporal, forma y color de los ojos, tipo de cejas, la
forma de la boca, etc. Estas y otras características, como la forma de caminar y
algunas enfermedades, son "la marca de la casa" (Fig. 1).
Fig. 1: Semejanza familiar.
Las características familiares mantienen un cierto patrón de
comportamiento; ciertos caracteres están presentes en todas las generaciones,
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otros, "desaparecen" en una generación y "reaparecen" tiempo después. Ante
esto, quizá alguno de nosotros se ha preguntado:
¿Por qué se comportan de esa manera nuestras características?
¿Por qué nos parecemos a nuestros padres?
¿Alguno de mis hijos tendrá los ojos claros como mis abuelos?
¿Por qué somos diferentes si somos hermanos?
¿Se hereda el cáncer y la diabetes?.
Para dar respuesta a lo anterior, es necesario revisar algunos conceptos
básicos en genética, así como las leyes que fundamentan los mecanismos de
la herencia.
DEFINICIÓN DE GENÉTICA
La genética nace como ciencia, gracias a los trabajos de investigación
realizados por un monje agustino llamado Juan Gregorio Mendel; sus trabajos
de hibridación en chícharos le permitieron explicar los mecanismos de la
herencia, razón por la cual se le conoce como "el padre de la genética". Fue
William Bateson quien bautizó a esta ciencia con el nombre de genética.
El campo de estudio de la genética es el material genético y la relación
que este tiene con los organismos, por ejemplo: como se duplica, la forma en
que se transmite de una generación a otra, como se manifiesta en los
organismos, los cambios que puede sufrir de manera espontánea o por la
acción de ciertos factores físicos o químicos y los efectos que estos cambios
provocan en los organismos, etc.
Una manera sencilla de definir a la genética, es la siguiente:
“Es la ciencia que se encarga
y herencia de los organismos”
del
estudio
de
la
variación
Los procesos procesos reproductivos, mitosis, meiosis y fecundación, están
íntimamente ligados a la variación y la herencia, ya que a través de ellos, se
asegura que la información genética fluya hacia la descendencia. El proceso de
mitosis es utilizado en la reproducción asexual (microorganismos y células
somáticas), mientras que la meiosis y la fecundación se relacionan con
procesos reproductivos sexuales.
CONCEPTOS GENERALES EN GENÉTICA
Entre los conceptos básicos, comúnmente utilizados en el campo de la
genética, tenemos los siguientes: herencia, variación, caracteres, genes y
alelos. Dado que estos los estaremos repitiendo a lo largo de esta unidad,
pasaremos a definirlos.
Dentro de la definición de genética, encontramos dos conceptos: herencia y
variación. A la herencia se le define como la tendencia de los organismos a
reproducir fielmente las características de los progenitores; mientras que
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la variación:, es la tendencia de los organismos a diferenciarse unos de
otros, como resultado de la modificación en la composición genética.
Todos los organismos, están sometidos a estas dos tendencias, de ello
depende el conjunto de caracteres que cada uno posee.
Fig. 2: Zorros con distintos caracteres.
Cuando hablamos de caracteres o carácter, nos referimos a los rasgos
distintivo y normalmente variables, expuesto por todos los individuos o
por un grupo; estos razgos pueden medirse o describirse. En la imagen
anterior, podemos observar que el tamaño de las orejas, en ambos zorros, es
un razgo distinivo, lo mismo que el color.
Lineas arriba se menciona que la variación es originada por modificación
genética, esto es, cambios en la estructura química de los genes, conocidas
con el nombre de mutaciones. Cabe recordar que el término gen o gene se
utiliza para referirse a la unidad básica de la herencia, que se transmite de
una generación a otra durante el proceso de reproducción sexual o asexual.
De acuerdo con las aportaciones de Mendel, cada una de nuestras
características esta determinada, por un par de genes, los cuales se
encuentran ubicados en sitios específicos de los cromosomas a los cuales se
les identifica con el nombre de locus (Fig. 3).
Fig. 3: Variantes alelomórficas de los genes.
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El término alelo se utiliza para referirse a las variantes de un mismo gen y
se le define de la siguiente manera: es una de varias alternativas de un gen,
situado en el mismo locus de un cromosoma en particular. Cuando las dos
variantes de un mismo gen son iguales, por ejemplo AA, se dice que el
individuo es homocigoto; en caso contrario, si las variantes de dicho gen
son diferentes, como Aa, se dice que el individuo es heterocigoto (Fig. 4).
Fig.4:Formas homocigotas del gen A y heterocigotas para el resto de
genes.
Otros términos empleados en genética son genotipo y fenotipo; con el
término genotipo, hacemos referencia a la totalidad de genes o información
genética que posee un organismo, mientras que la palabra fenotipo se
emplea para referirse al conjunto de características estructurales y
funcionales observables en un organismo.
1.1.1.- Estructura del ADN.
ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO
El ácido desoxirribonucleico, frecuentemente
abreviado ADN (y también DNA, del inglés
Deoxyribonucleic Acid), constituye el principal
componente del material genético de la inmensa
mayoría de los organismos, junto con el ARN,
siendo el componente químico primario de los
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cromosomas y el material con el que los genes están codificados.
La función principal del ADN es mantener a través del código genético, la
información genética necesaria para crear un ser vivo idéntico a aquel del que
proviene (o casi similar, en el caso de mezclarse con otra cadena como es el
caso de la reproducción sexual o de sufrir mutaciones). Las cadenas
polipeptídicas codificadas por el ADN pueden ser estructurales como las
proteínas de los músculos, cartílagos, pelo, etc., bien funcionales como las de
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 nuestras proteínas.
Para hacerse una idea, una diminuta cantidad de ADN en un huevo fertilizado,
determina casi todas las características físicas del animal en su desarrollo
completo; por ejemplo: la diferencia entre un ser humano y una rana está
codificada en una parte relativamente pequeña de este ADN.
En los organismos procariotas (moneras), así como en las mitocondrias y
cloroplastos eucariotas, el ADN se presenta como una doble cadena (de cerca
de 1 mm de longitud), circular y cerrada, que toma el nombre de cromosoma
bacteriano, que es circular excepto en las micoplasmas, que es lineal. En los
Eucariotas el ADN se encuentra localizado principalmente en el núcleo,
apareciendo el superenrollamiento (trenzamiento de la trenza) y la asociación
con proteínas histónicas y no histónicas. El ADN se enrolla (dos vueltas)
alrededor de un octeto de proteínas histónicas formando un nucleosoma, estos
quedan separados por una secuencia de ADN de hasta 80 pares de bases,
formando un "collar de perlas" o más correctamente denominado fibra de
cromatina, siendo la estructura propia del núcleo interfásico, que no ha entrado
en división. Este collar de nucleosomas vuelve a enrollarse y cada 6
nucleosomas constituyen un "paso de rosca" por medio de histoma H1
formando estructuras del tipo solenoide. En los virus, el ADN puede
presentarse como una doble hélice cerrada, como una doble hélice abierta o
simplemente como una única hebra lineal.
El ADN se conoce desde hace más de cien años. Fue aislado por primera vez
en 1869 por un médico alemán llamado Friedrich Miescher, en la misma
década notable en la cual Darwin publicó El Origen de las Especies y Mendel
presentó sus resultados a la Sociedad de Historia Natural de Brünn. La
sustancia que Miescher aisló era blanca, azucarada, ligeramente ácida y
contenía fósforo, la encontró en el pus de las vendas y en el esperma de
salmón; dado que la encontró en el núcleo de las células, la llamo nucleína,
aunque no fue reconocida hasta 1943 gracias al experimento realizado por
Oswald Avery2 . En 1953 Watson y Crick, en Inglaterra descubrieron en base a
información de otros científicos la estructura molecular del ADN. Lo que
permitió entender cómo la información genética es almacenada y procesada. 3
Naturaleza del ADN
Composición
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Cada molécula de ADN está constituida por dos cadenas o bandas formadas
por un elevado número de compuestos químicos llamados nucleótidos. Estas
cadenas forman una especie de escalera retorcida que se llama doble hélice y
cuyo modelo fue propuesto en 1953 por James Watson y Francis Crick (el
artículo Molecular Structure of Nucleic Acids: A Structure for Deoxyribose
Nucleic Acid fue publicado el 25 de abril de 1953 en Nature). El éxito de éste
modelo radicaba en su consistencia con las propiedades físicas y químicas del
ADN, mostrando además cómo la complementariedad de bases podía ser
importante en su replicación, y también la importancia de la secuencia de
bases, cómo una forma de información genética 4 .
Los nucleótidos de cada una de las dos cadenas que forman el ADN
establecen una asociación específica con los correspondientes de la otra
cadena. Debido a la afinidad química entre las bases, los nucleótidos que
contienen adenina se acoplan siempre con los que contienen timina, y los que
contienen citosina con los que contienen guanina. Las bases complementarias
se unen entre sí por enlaces químicos débiles llamados enlaces de hidrógeno,
Este emparejamiento corresponde a la observación ya realizada por Erwin
Chargaff (1905-2002). Se estima que el genoma humano haploide tiene
alrededor de 3.000 millones de pares de bases. Dos unidades de medida muy
utilizadas son la kilobase (kb) que equivale a 1.000 pares de bases, y la
megabase (Mb) que equivale a un millón de pares de bases. Los componentes
del ADN (polímero) son los nucleótidos (monómeros); cada nucleótido está
formado por un:
1. Ácido fosfórico (grupo fosfato)
2. Una molécula de desoxirribosa
3. Una base nitrogenada
Cuatro tipos de nucleóticos se encuentran presentes en el ADN, cuya única
diferencia radica en sus bases nitrogenadas, las que se pueden clasificar en
dos grupos: Las purinas, dónde se encuentra la Adenina (simbolizada por la
letra A) y la Guanina (simbolizada como G); y las pirimidinas, dónde se
encuentra la Citosina (simbolizada como C) y la Timina (simbolizada como T).
Las dos cadenas del ADN se asocian mediante puentes de hidrógeno entre las
bases nitrogenadas. Fue el trabajo de Chargaff, que mostró que la cantidad de
Adenina era muy similar a la cantidad de Timina, cómo también que la cantidad
de Citosina era igual a la cantidad de guanina en el ADN, que se pensó en la
posibilidad de que una purina se apareaba siempre con una pirimidina. Y
tiempo después se estabeció que la Adenina se enlazaba con una Timina
mediante 2 puentes de hidrógeno, mientras que la Citosina se enlazaba con la
Guanina mediante 3 puentes de hidrógeno.
Componentes
1. Acido fosfórico
o El Ácido fosfórico; de fórmula H3PO4. Cada nucleótido puede
contener uno (monofosfato: AMP), dos (difosfato: ADP)
tres(trifosfato: ATP) grupos de acido fosfórico
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2. Desoxirribosa
o Es un monosacárido de 5 átomos de carbono (pentosa) derivado
de la ribosa, que forma parte de la estructura denucleótidos del
ADN. Su fórmula es C 5 H 10 O 4 Además de que esta contiene
toda la información genética que será transferida así de
generación en generación. Por todo esto la desoxirribosa tiene
una gran importancia en todo ser vivo existente. La información
genética no se transfiere en la desoxirribosa pero sí es una parte
fundamental de todo proceso de información genética ya que de
éste se derivará la ribosa
3. Bases nitrogenadas
1. Timina:
 La timina es una de las cuatro bases nitrogenadas que
forman parte del ADN y en el código genético se
representa con la letra T. Forma el nucleósido timidina
(dThd) y el nucleótido timidilato (dTMP). En el ADN, la
timina siempre se empareja con la adenina. La timina es
una base orgánica nitrogenada de fórmula C5 H6 N2 O2 y
es un compuesto cíclico derivado de la pirimidina (es una
‗base pirimidínica‘):
2. Adenina:
 La adenina es una de las cuatro bases nitrogenadas que
forman parte de los ácidos nucleicos y en el código
genético se representa con la letra A. En el ADN la adenina
siempre se empareja con la timina. Es un compuesto
orgánico nitrogenado de fórmula C5H5N5. Es un derivado
de la purina (es una ‗base púrica‘) en la que un hidrógeno
ha sido sustituido por un grupo amino (NH2). La adenina,
junto con la timina, fue descubierta en 1885 por el
bioquímico alemán Albrecht Kossel.
3. Guanina
 La guanina es una de las cuatro bases nitrogenadas que
forman parte de los ácidos nucleicos y en el código
genético se representa con la letra G. La guanina siempre
se empareja en el ADN con la citosina mediante tres
enlace de hidrógeno.
4. Citosina
 La citosina es una de las cuatro bases nitrogenadas que
forman parte de los ácidos nucleicos) y en el código
genético se representa con la letra C.).Es un derivado
pirimidínico, con un anillo aromático y un grupo amino en
posición 4 y un grupo cetónico en posición 2. Su fórmula
química es C4H5N3O y su masa molecular es de 111.10
unidad masa atómicas. La citosina fue descubierta en 1894
cuando fue aislada en tejido del timo de carnero.
Estructura
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Las tres estructuras del ADN.
El ADN es una molécula bicatenaria; es decir: esta formada por dos cadenas
dispuestas de forma paralela y con las bases nitrogenadas enfrentadas. En su
estructura tridimensional, se pueden distinguir distintos niveles:
1. Estructura primaria:
o Secuencia de nucleótidos encadenados. Es en estas cadenas
donde se encuentra la información genética, y dado que el
esqueleto es el mismo para todos, la diferencia de la información
radica en la distinta secuencia de bases nitrogenadas. Esta
secuencia presenta un código, que presenta una información u
otra, según el orden de las bases.
2. Estructura secundaria:
o Es una estructura en doble hélice. Permite explicar el
almacenamiento de la información genética y el mecanismo de
duplicación del ADN. Fue postulada por Watson y Crick,
basándose en: primero, la difracción de rayos X que habían
realizado Franklin, Wilkins; y segundo,la equivalencia de bases de
Chargaff, que dice que la suma de adeninas más guaninas es
igual a la suma de timinas más citosinas.
o Es una cadena doble, dextrógira o levógira según el tipo de ADN.
Ambas cadenas son complementarias, pues la adenina de una se
une a la timina de la otra, y la guanina de una a la citosina de la
otra. Ambas cadenas son antiparalelas, pues el extremo 3´ de
una se enfrenta al extremo 5´ de la otra.
o Existen tres modelos de ADN. El ADN de tipo B es el más
abundante y es el descubierto por Watson y Crick.
3. Estructura terciaria
o Se refiere a como se almacena el ADN en un volumen
reducido. Varía según se trate de organismos procariotas o
eucariotas:
2. En procariotas: se pliega como una súper-hélice en forma,
generalmente, circular y asociada a una pequeña cantidad de
proteínas. Lo mismo ocurre en la mitocondrias y en los
cloroplastos.
3. En eucariotas: el empaquetamiento ha de ser más complejo y
compacto y para esto necesita la presencia de proteínas, como
son las histonas y otras de naturaleza no histona(en los
espermatozoides las proteínas son las protaminas ).
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Propiedades
Entre las funciones y propiedades del ADN podemos resaltar que
1.- El ADN controla la actividad de la célula.
2.- En ciertos casos, comúnmente derivados del caso anterior, el ADN
puede llegar a tener cierta conductividad, según un estudio realizado.
Gracias al modelo de doble hélice el ADN:
3.- Es el que lleva la información genética de la célula, ya que las
unidades de ADN, llamadas genes, son las responsables de las
características estructurales y de la transmisión de estas características
de una célula a otra en la división celular. Los genes se localizan a lo
largo del cromosoma.
4.- El ADN tiene la propiedad de duplicarse durante la división celular
para formar dos moléculas idénticas, para lo que necesita que en el
núcleo celular existan nucleótidos, energía y enzimas.
5.- Capacidad de mutación: justificando los cambios evolutivos.
Enlace de hidrógeno
La adhesión de las dos hebras de ácido nucleico se debe a un tipo de unión
química conocido como enlace de hidrógeno o puente de hidrógeno. Los
puentes de hidrógeno son uniones más débiles que los típicos enlaces
químicos covalentes, tales como los que conectan los átomos en cada hebra
de ADN, pero más fuertes que interacciones hidrófobas individuales, enlaces
de Van der Waals, etc... El hecho que las hebras de la hélice de ADN estén
unidas mediante puentes de hidrógeno hace que éstas puedan separarse entre
sí con relativa facilidad, por ejemplo mediante un incremento de la temperatura,
quedando intactas en sus componentes. La fortaleza relativa de la unión entre
las dos hebras del ADN reside en la suma de gran cantidad de enlaces de
hidrógeno a lo largo de las dos hebras paralelas. Se forman dos enlaces de
hidrógeno por cada unión A=T y tres por cada emparejamiento C≡G.
Papel de la secuencia
En un gen, la secuencia de los 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).
Cuando estos tripletes están en el ARN mensajero se les llama codones. En el
ribosoma cada codón del ARN mensajero interacciona con una molécula de
ARN de transferencia (ARNt) que contenga el triplete complementario
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(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).
En muchas especies de organismos, sólo una pequeña fracción del total de la
secuencia del genoma codifica proteínas; por ejemplo, sólo un 3% del genoma
humano consiste en exones que codifican proteínas. La función del resto por
ahora sólo es especulación, es conocido que 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.) que tienen un papel importante en el control de los mecanismos de
trascripción y replicación. Estas secuencias se llaman frecuentemente
secuencias reguladoras, y los investigadores asumen que sólo se ha
identificado una pequeña fracción de las que realmente existen. El llamado
ADN basura representa secuencias que no parecen contener genes o tener
alguna función; la presencia de tanto ADN no codificante en genomas
eucarióticos y las diferencias en tamaño del genoma representan un misterio
que es conocido como el enigma del valor de C.
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 codifican ARN: ARN ribosómico, ARN de
transferencia), 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 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 inmunológico). Algunas secuencias de ADN
no codificante representan pseudogenes 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.
La secuencia también determina la susceptibilidad del ADN para ser cortado
por determinadas enzimas de restricción, lo que se aplica en la realización de
la técnica de RFLP, popularmente conocida como la Huella genética, que se
usa para determinar la identidad y la paternidad de personas, aunque esta
poderosa técnica también tiene aplicaciones en agricultura, ganadería y
microbiología. (Actualmente también se le llama Huella genética a variaciones
de la técnica de PCR en la que no se utilizan enzimas de restricción sino
fragmentos amplificados de ADN).
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El ADN como almacén de información
En realidad se puede considerar así, un almacén de información (mensaje) que
se trasmite de generación en generación, conteniendo toda la información
necesaria para construir y sostener el organismo en el que reside.
Se puede considerar que las obreras de este mecanismo son las proteínas.
Estas pueden ser estructurales como las proteínas de los músculos, cartílagos,
pelo, etc., o bien funcionales como las de 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 nuestras
proteínas. Unas veces la modificación del ADN que provoca disfunción proteica
lo llamamos enfermedad, otras veces, en sentido beneficioso, dará lugar a lo
que conocemos como evolución.
Las alrededor de treinta mil proteínas diferentes en el cuerpo humano están
hechas de veinte aminoácidos diferentes, y una molécula de ADN debe
especificar la secuencia en que se unan dichos aminoácidos.
El ADN en el genoma de un organismo podría dividirse conceptualmente en
dos, el que codifica las proteínas y el que no codifica. 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. El ARN mensajero instruye 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 establece que el flujo de actividad y
de información es: ADN → ARN → proteína
En la actualidad se supone que este "dogma" debe ser ampliado, pues se han
encontrado otros flujos de informació: en algunos organismos (virus de ARN) la
información fluye de ARN a ADN, este proceso se conoce como "transcripción
inversa o reversa". Adicionalmente, se sabe que existen secuencias de ADN
que se transcriben a RNA y son funcionales como tales, sin llegar a traducirse
a proteína nunca.
El ADN ( basura]
El mal llamado ADN basura corresponde a secuencias del genoma
procedentes
de
transposiciones,
duplicaciones,
translocaciones
y
recombinaciones de virus, etc., que parecen no tener utilidad alguna. No deben
confundirse con los intrones. Corresponde a más del 90% de nuestro genoma,
que cuenta con 20.000 ó 25.000 genes. Inicialmente se pensaba que no tenían
utilidad alguna, pero distintos estudios recientes apuntan a que eso puede no
ser cierto en absoluto. Entre otras funciones, se postula que el llamado "ADN
basura" regula la expresión diferencial de los genes. También es llamado ADN
no codificante.
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Técnicas
El conocimiento de la estructura del ADN ha permitido el desarrollo de multitud
de herramientas tecnológicas que explotan sus propiedades fisicoquímicas
para analizar su implicación en problemas concretos y en muestras concretas:
por ejemplo, desde desde análisis filogeńeticos para detectar similitudes entre
taxa a la caracterización de la variabilidad individual de un paciente en su
respuesta a un determininado fármaco, pasando por un enfoque global, a nivel
genómico, de cualquier característica de interés en un grupo de individuos de
interés. 5
Podemos clasificar las metodologías de análisis del ADN en aquéllas que
buscan su multiplicación, ya in vivo, como la reacción en cadena de la
polimerasa (PCR), ya in vitro, como la clonación, de otras que explotan las
propiedades específicas de elementos concretos, o de genomas
adecuadamente clonados, como son:


La secuenciación del ADN
La hibridación con sondas específicas
o Southern blot
o Chips de ADN
Tecnología del ADN recombinante
La tecnología del ADN recombinante, piedra angular de la ingeniería genética,
permite propagar grandes cantidades de un fragmento de ADN de interés, el
cual se dice que ha sido clonado. Para ello, debe introducirse dicho fragmento
en otro elemento de ADN, generalmente un plásmido, que posee en su
secuencia los elementos necesarios para que la maquinaria celular de un
hospedador, tìpicamente Escherichia coli, lo replique. De este modo, una vez
transformada la cepa bacteriana, nuestro fragmento de ADN clonado se
reproduce cada vez que aquélla se divide.6
Para clonar la secuencia de ADN de interés, se emplean enzimas como
herramientas de corte y empalme del fragmento y del vector, el plásmido.
Dichas enzimas corresponden a dos grupos: primero, unas enzimas de
restricción, que poseen la capacidad de detectar secuencias específicas y de
cortar de forma dirigida en ellas; y después, una ADN ligasa, que permite el
enlace covalente entre extremos de ADN compatibles.5
Microarray con 37.500 oligos específicos; a la derecha, una ampliación de una
pequeña superficie, al detalle.
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Son colecciones de oligonucleótidos de ADN complementario dispuestos en
hileras fijadas. Estos chips de ADN se usan para el estudio de mutaciones
genéticas de genes conocidos o para monitorizar la expresión génica de una
preparación de ARN.
Aplicaciones
La investigación sobre el ADN tiene un impacto significativo, especialmente en
el ámbito de la medicina. A través de la tecnología del ADN recombinante los
científicos pueden modificar microorganismos que se llegan a convertir en
auténticas fábricas para producir grandes cantidades de sustancias útiles; por
ejemplo la insulina . La medicina forense utiliza técnicas desarrolladas en el
curso de la investigación sobre el ADN para identificar delincuentes. También la
agricultura y la ganadería se valen ahora de técnicas de manipulación de ADN
conocidas como ingeniería genética, terapia genética y biotecnología.
Finalmente existen otras tan valiosas como el protagonismo que cobra dicho
ácido en el proyecto genoma humano, su papel imprescindible en los
organismos transgénicos o destacar su intervencionismo en la reacción en
cadena de la polimerasa).
Clases de ADN







ADN recombinante
ADN mitocondrial
ADN polimerasa
ADN fósil
ADN complementario
ADN superenrollado
Receptores en la Transcripción de Genes
1.1.2.- Replicación del DNA.
El proceso de replicación de ADN es la
base de la herencia del material genético.
Se basa en la separación de las dos
cadenas
complementarias
del
ADN
(molécula madre) y la formación de dos
nuevas cadenas (moléculas hijas) que
entran en contacto, cada una de las cuales
es complementaria de cada una de las
cadenas de la molécula madre.
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Este tipo de duplicación de ADN se llama replicación semiconservativa, porque
cada una de las dos moléculas hijas contiene la mitad de la molécula madre.
Este tipo de duplicación semiconservativa se puede realizar porque la
secuencia de las bases que la constituyen ha sido conservada, de forma que la
secuencia de cada molécula madre sirve de molde para formar la secuencia de
las dos moléculas hijas.
En toda célula que va a dividirse la cromatina debe duplicarse para repartirse
por igual en cada una de las células hijas. Cada cromátida del ADN tiene
solamente una doble hélice, y presenta una cadena vieja (procedente de la
molécula madre) y otra recién sintetizada.
La replicación del ADN es la capacidad que tiene para hacer réplicas.
Características generales
Semiconservativa
En cada una de las moléculas hijas se conserva una de las cadenas
parentales, y por eso se dice que la replicación del ADN es semiconservativa.
Hasta que finalmente se pudo demostrar que la replicación es
semiconservativa, se consideraron tres posibles modelos de replicación:
Semiconservativa (correcta). En cada una de las moléculas hijas se conserva
una de las cadenas parentales.
Conservativa. Se sintetiza una molécula totalmente nueva.
Dispersiva. Las cadenas hijas constan de fragmentos de la cadena antigua y
fragmentos de la nueva.
El experimento de Meselson-Stahl permitió demostrar la hipótesis de que la
replicación es semiconservativa. Para ello se hicieron crecer células de
Escherichia colli en presencia de Nitrógeno-15, un isótopo del nitrógeno más
pesado de lo habitual. En consecuencia, el isótopo se adhirió a las cadenas de
ADN, haciéndolas más pesadas.
Una vez conseguido el primer objetivo, las células fueron transferidas a un
medio que contenía Nitrógeno-14, es decir, un medio más ligero, y se les dejó
replicarse. El ADN fue extraído para hacer una centrifugación en gradiente de
cloruro de cesio, en donde hay más densidad en el fondo del tubo que en la
parte media del mismo.
En la primera generación se obtuvo una única banda de ADN con densidad
intermedia. En la segunda generación se obtuvieron dos bandas, una con
densidad ligera y otra con densidad intermedia o semihíbrida. En la tercera
generación se obtuvieron dos bandas, una ligera (que ocupaba el 75%) y otra
intermedia (que ocupaba el 25% restante).
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La banda intermedia o híbrida representa una molécula de ADN que contiene
una cadena pesada (parental) y otra ligera (recién sintetizada). Las cadenas
ligeras representan una molécula de ADN en la que las dos cadenas han sido
sintetizadas (no estaban cuando las células se pusieron en presencia de
nitrógeno-15.
El hecho de que cada vez haya más cadenas ligeras y se mantenga el número
de cadenas intermedias demuestra que la replicación del ADN es
semiconservativa. Si fuera conservativa, aparecería siempre una banda pesada
y el resto ligeras. Si fuera dispersiva sólo aparecerían bandas híbridas de
densidad intermedia en todas las generaciones
Bidireccional desde puntos fijos
La replicación se lleva a cabo bidireccionalmente, es decir, a partir de un punto
se sintetizan las dos cadenas en ambas direcciones. Esto ocurre en la mayoría
de los organismos, pero algunos plásmidos y virus tienen crecimiento
unidireccional de cadenas simples a partir de uno o dos puntos de origen.
No obstante, la replicación se puede considerar, de forma general, bidireccional
desde puntos fijos. El genoma es muy grande y la replicación se lleva a cabo a
partir de unos puntos fijos llamados orígenes de replicación.
La cantidad de DNA que se puede sintetizar a partir de un único origen de
replicación se denomina replicón. El genoma bacteriano es un replicón único
circular. En organismos eucarióticos, la replicación del ADN se inicia en
muchos sitios diferentes a la vez, es decir, hay varios replicones.
La evidencia experimental del crecimiento bidireccional de la hebra de ADN se
consigue usando timidina marcada con tritio. Primero se añade timidina
marcada y luego sin marcar, y siguiendo el rastro de tritio se observa hacia
dónde se ha replicado la molécula de ADN.
Semidiscontinua
Siempre se da en sentido 5' → 3', siendo el extremo 3'-OH libre el punto a partir
del cual se produce la elongación del ADN. Esto plantea un problema, y es que
las cadenas tienen que crecer simultáneamente a pesar de que son
antiparalelas, es decir, que cada cadena tiene el extremo 5' enfrentado con el
extremo 3' de la otra cadena. Por ello, una de las cadenas debería ser
sintetizada en dirección 3' → 5'.
Este problema lo resolvió Reiji Okazaki en la década de 1960, al descubrir que
una de las nuevas cadenas de ADN se sintetiza en forma de trozos cortos que,
en su honor, se denominan fragmentos de Okazaki.
La cadena que se sintetiza en el mismo sentido que la horquilla de replicación
se denomina hebra conductora (y es sintetizada de forma continua por la ADN
polimerasa, mientras que la que se sintetiza en sentido contrario se denomina
hebra rezagada.
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En el caso de la hebra rezagada, actúa la ADN polimerasa III y, posteriormente,
la ADN polimerasa I, que elimina el fragmento de ARN y rellena el hueco con
ADN. Por último la ADN ligasa une los fragmentos adyacentes.
ADN polimerasas
La replicación siempre es llevada a cabo por ADN polimerasas. Estas requieren
un iniciador 3'-OH, que puede ser ADN o ARN, llamado cebador. El extremo 3'
del cebador se denomina extremo cebador. Según las condiciones, varían su
procesividad, es decir, el número de nucleótidos que son capaces de añadir
cada vez que se asocian al molde de ADN que van a copiar.
La reacción fundamental es una transferencia del grupo fosforilo en la que el
grupo 3'-OH actúa como nucleófilo en el extremo 3' de la cadena que está en
crecimiento. El ataque nucleofílico se produce sobre el fósforo alfa del
desoxinucleósido 5' trifosfato (dNTP) que entra, liberándose pirofosfato
inorgánico y alargándose el ADN
Este proceso se puede resumir en una ecuación química.
(DNA)n + dNTP ↔ (DNA)n+1 + PPi
Los nucleótidos (dNTP) que se usan en la replicación del ADN contienen tres
fosfatos unidos al grupo azúcar, como el ATP y se nombran de forma
semejante, CTP, TTP y GTP. A diferencia de la mayoría de procesos biológicos
que ocurren en la célula en los que sólo se separa un grupo fosfato (Pi),
durante la replicación se separan los dos últimos grupos fosfato, en forma de
grupo pirofosfato (PPi).
Gran fidelidad
La replicación requiere gran fidelidad porque contiene la información genética
de los organismos
Proceso
El proceso tiene 3 fases bien diferenciadas: Iniciación, Elongación y
Terminación.
Iniciación
La iniciación de la replicación del ADN comienza siempre en una secuencia
específica de nucleótidos conocida como origen de replicación, en el que hay
un gran contenido de adenina y timina. Requiere una serie de proteínas
iniciadoras especiales (proteínas desestabilizadoras de la hélice) y enzimas
conocidas como girasas que desenrollan la doble helice debido a unos cortes
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que puede realizar permitiendo así la entrada del complejo enzimático para que
este encuentre el origen de la replicación, helicasas, que rompen los puentes
de hidrógeno abriendo la hélice, formándose las horquillas de replicación, una a
cada lado de la burbuja a que da lugar la separación de las ramas del ADN.
Una vez abierta la cadena de ADN se unen otras proteínas adicionales
(conocidas como proteínas de unión a cadena) denominadas SSB que no
permiten que el ADN se vuelva a naturalizar o forme estructuras secundarias
(también intervienen otras enzimas denominadas topoisomerasas) evitando
que se retuerzan y formen superenrrollamientos cortando una o ambas hebras
del ADN aliviando los superenrrollamientos.
Elongación
Replicación de ADN. Durante la
Inicicaión de la replicación, la
doble hélice de ADN (en azul en
la figura) se abre por acción de
una helicasa. A continuación, una
molécula de ADN polimerasa (en
verde) se une a una de las
hebras de ADN. SE mueve
recorriendo la hebra usándola
como molde para ir sintetizando
la cadena líder (en rojo),
añadiendo
nucleótidos
y
recomponiendo la doble hélice.
Una segunda molécula de ADN
polimerasa I (en verde) se une a la otra hebra y recorre esta hebra sintetizando
el ADN de la cadena retardada de forma discontinua en forma de fragmentos
de Okazaki. Otra enzima, ADN ligasa (en violeta), va uniendo los
polinucleótidos de los fragmentos de Okazaki entre sí recomponiendo la
integridad de la cadena retardada.
En el siguiente paso, las enzimas llamadas ADN polimerasas catalizan la
síntesis real de las nuevas cadenas añadiendo nucleótidos sobre el molde.
Esta síntesis se da bidireccionalmente desde cada una de las horquillas que se
replican, en sentido opuesto dentro de cada burbuja. Cuando dos horquillas de
replicación adyacentes se encuentran, es decir, cuando dos burbujas se tocan,
se fusionan; y cuando todas se han fusionado todo el cromosoma ha quedado
replicado longitudinalmente.
La ADN polimerasa sintetiza las nuevas cadenas, complementarias a cada una
de las cadenas primitivas (de la célula madre), pero sólo es capaz de sintetizar
nuevo ADN en sentido 5´ → 3´ partiendo de un ARN corto específico llamado
ARN cebador -molécula formada por nucleótidos de ARN catalizados por ARN
primasas- que determina el punto por donde la ADN polimerasa comienza a
añadir nucleótidos, continuando por la cadena de ADN de molde en la dirección
5' → 3'.
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Durante la síntesis, en cada horquilla de replicación, se van formando dos
copias nuevas, sobre cada una de las dos hebras de ADN que se separaron en
la fase de iniciación. Uno de los extremos del cebador queda con el 5´ libre
final, y la ADN polimerasa necesita partir con un 3´ libre; debido a esta
unidireccionalidad de la ADN polimerasa, la replicación es continua en una de
las ramas (cadena líder o adelantada), la que se sintetiza sobre el extremo 3´
libre; mientras que en su antiparalela (cadena retardada o retrasada) es
discontinua, fragmentada (Fragmentos de Okazaki) (siempre 5´ a 3´).
Para iniciar la síntesis de cada fragmento de Okazaki se necesita el ARN
cebador que deja un extremo 3´ libre, que es usado por la ADN polimerasa
para añadir nuevos nucleótidos a continuación.
Terminación
Cuando una ADN polimerasa hace contacto con el extremo de otro fragmento
de Okazaki contiguo el ARN cebador de este es eliminado y otra enzima, la
ADN ligasa, conecta los dos fragmentos de Okazaki de ADN recién sintetizado,
catalizando las reacciones de condensación que unen los grupos fosfato y
azúcar de los nucleótidos contiguos y así, una vez unidos todos los fragmentos
de Okazaki se completa la doble hélice de ADN.
1.1.3.- ARN y síntesis de proteínas.
La síntesis de proteínas o traducción del ARN es el proceso anabólico mediante el
cual se forman las proteínas a partir de los aminoácidos. Es el paso siguiente a la
transcripción del ADN a ARN. Como existen 20 aminoácidos diferentes y sólo hay
cuatro nucleótidos en el ARN (Adenina, Uracilo, Citosina y Guanina), es evidente que
la relación no puede ser un aminoácido por cada nucleótido, ni tampoco por cada dos
nucleótidos, ya que los cuatro tomados de dos en dos, sólo dan dieciséis posibilidades.
La colinearidad debe establecerse como mínimo entre cada aminoácido y tripletes de
nucleótidos. Como hay sesenta y cuatro tripletes diferentes (combinación de cuatro
elementos o nucleótidos tomados de tres en tres con repetición), es obvio que algunos
aminoácidos deben tener correspondencia con varios tripletes diferentes. Los tripletes
que codifican aminoácidos se denominan codones. La confirmación de esta hipótesis se
debe a Nirenbert, Ochoa y Khorana.
En la biosíntesis de proteínas se pueden distinguir las siguientes etapas:
a) Activación de los aminoácidos.
b) Traducción:
1. Iniciación de la síntesis.
2. Elongación de la cadena polipeptídica.
3. Terminación de la síntesis.
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c) Asociación de varias cadenas polipeptídicas y a veces de grupos prostésicos para
constituir las proteínas.
La síntesis de proteínas o traducción tiene lugar en los ribosomas del citoplasma celular.
Los aminoácidos son transportados por el ARN de transferencia (ARNt), específico para
cada uno de ellos, y son llevados hasta el ARN mensajero (ARNm), donde se aparean el
codón de éste y el anticodón del ARN de transferencia, por complementariedad de
bases, y de ésta forma se sitúan en la posición que les corresponde.
Una vez finalizada la síntesis de una proteína, el ARN mensajero queda libre y puede
ser leído de nuevo. De hecho, es muy frecuente que antes de que finalice una proteína
ya está comenzando otra, con lo cual, una misma molécula de ARN mensajero, está
siendo utilizada por varios ribosomas simultáneamente.
Activación de los aminoácidos
Los aminoácidos en presencia de la enzima aminoacil-ARNt-sintetasa y de ATP son
capaces de unirse a un ARN de transferencia específico y dan lugar a un aminoacilARNt, liberándose AMP, fosfato y quedando libre la enzima, que vuelve a actuar.
Iniciación de la síntesis de proteínas
Es la primera etapa de la traducción o síntesis de proteínas. El ARNm se une a la
subunidad menor de los ribosomas. A éstos se asocia el aminoacil-ARNt, gracias a que
el ARNt tiene en una de sus asas un triplete de nucleótidos denominado anticodón, que
se asocia al primer triplete codón del ARNm según la complementariedad de las bases.
A este grupo de moléculas se une la subunidad ribosómica mayor, formándose el
complejo ribosomal o complejo activo. Todos estos procesos están catalizados por los
llamados factores de iniciación (FI). El primer triplete o codón que se traduce es
generalmente el AUG, que corresponde con el aminoácido metionina en eucariotas. En
procariotas es la fenilmetionina.
Elongación de la cadena polipeptídica
El complejo ribosomal posee dos sitios de unión o centros. El centro peptidil o centro
P, donde se sitúa el primero aminoacil-ARNt y el centro aceptor de nuevos aminoacilARNt o centro A. El radical carboxilo (-COOH) del aminoácido iniciado se une con el
radical amino (NH2) del aminoácido siguiente mediante enlace peptídico. Esta unión es
catalizada por la enzima peptidil-transferasa. El centro P queda pues ocupado por un
ARNt sin aminoácido. El ARNt sin aminoácido sale del ribosoma. Se produce la
translocación ribosomal. El dipeptil-ARNt queda ahora en el centro P. Todo ello es
catalizado por los factores de elongación (FE) y precisa GTP. Según la terminación del
tercer codón, aparece el tercer aminoacil-ARNt y ocupa el centro A. Luego se forma el
tripéptido en A y posteriormente el ribosoma realiza su segunda translocación. Estos
pasos se pueden repetir múltiples veces, hasta cientos de veces, según el número de
aminoácidos que contenga el polipéptido.
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Terminación de la síntesis de la cadena polipeptídica [editar]
El final de la síntesis se presenta por los llamados tripletes sin sentido, también
denominados codones stop. Son tres: UAA, UAG y UGA. No existe ningún ARNt
cuyo anticodón sea complementario de ellos y, por lo tanto, la biosíntesis del
polipéptido se interrumpe. Indican que la cadena polipeptídica ya ha terminado. Este
proceso viene regulado por los factores R.
Un ARNm, si es lo suficientemente largo, puede ser leído o traducido, por varios
ribosomas a la vez, uno detrás de otro. Al microscopio electrónico, se observa como un
rosario de ribosomas, que se denomina polirribosoma o polisoma.
editar
Proteína
El nombre proteína proviene de la palabra griega πρώτα ("prota"), que
significa "lo primero" o de el dios proteo, por la cantidad de formas que pueden
tomar.
Las proteínas ocupan un lugar de máxima importancia entre las moléculas
constituyentes de los seres vivos. Prácticamente todos los procesos biológicos
dependen de la presencia y/o actividad de este tipo de sustancias. Bastan
algunos ejemplos para dar idea de la variedad y trascendencia de funciones a
ellas asignadas. Son proteínas casi todas las enzimas, catalizadores de
reacciones químicas en organismos vivientes; muchas hormonas, reguladores
de actividades celulares; la hemoglobina y otras moléculas con funciones de
transporte en la sangre; anticuerpos, encargados de acciones de defensa
natural contra infecciones o agentes extraños; los receptores de las células, a
los cuales se fijan moléculas capaces de desencadenar una respuesta
determinada; la actina y la miosina, responsables finales del acortamiento del
músculo durante la contracción; el colágeno, integrante de fibras altamente
resistentes en tejidos de sostén.
Las proteínas son macromoléculas formadas por aminoácidos
Las proteínas son moléculas de enorme tamaño; pertenecen a la categoría de
macromoléculas, constituidas por gran número de unidades estructurales. Entre
otros términos, se trata de polímeros. Debido a su gran tamaño, cuando estas
moléculas se dispersan en un solvente adecuado, forman obligatoriamente
soluciones coloidales, con características que las distinguen de las soluciones de
moléculas más pequeñas.
Por hidrólisis, las moléculas proteínicas son escindidas en numerosos
compuestos relativamente simples, de pequeño peso, que son las unidades
fundamentales constituyentes de la macromolécula. Estas unidades son los
aminoácidos, de los cuales existen veinte especies diferentes y se unen entre sí
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mediante enlaces peptídicos. Cientos y miles de estos aminoácidos pueden
participar en la formación de la gran molécula polimérica de una proteína.
Todas las proteínas contienen carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno y casi
todas poseen también azufre. Si bien hay ligeras variaciones en diferentes
proteínas, el contenido de nitrógeno representa, término medio, 16% de la
masa total de la molécula; es decir, cada 6,25g de proteínas contienen 1 g de
N. El factor 6,25 se utiliza para estimar la cantidad de proteína existente en una
muestra a partir de la medición de N de la misma.
La síntesis proteica es un proceso complejo cumplido por las células según las
directrices de la información suministrada por los genes.
Clasificación
Según su forma
Fibrosas: presentan cadenas polipéptidas largas y una atípica estructura
secundaria. Son insolubles en agua y en soluciones acuosas. Algunos
ejemplos de estas son la queratina , colágeno y fibrina
Globulares: se caracterizan por doblar sus cadenas en una forma esférica
apretada o compacta. La mayoría de las enzimas, anticuerpos, algunas
hormonas, proteínas de transporte, son ejemplo de proteínas globulares
y también poseen aminoopeptidiosis al 5% para hacer simbiosis.
Según su composición química
Simples u holoproteínas: su hidrólisis sólo produce aminoácidos.
Ejemplos de estas son la insulina y el colágeno (fibrosas y globulares).
Conjugadas o heteroproteínas: su hidrólisis produce aminoácidos y otras
sustancias no proteicas llamado grupo prostético (sólo globulares)
Estructura
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Presentan una disposición característica en condiciones ambientales, si se
cambia la presión, temperatura, pH, etc. pierde la conformación y su función.
La función depende de la conformación y ésta viene determinada por la
secuencia de aminoácidos.
Conformaciones o niveles estructurales de la disposición tridimensional:
Estructura primaria. Estructura secundaria. Nivel de dominio. Estructura
terciaria. Estructura cuaternaria. A partir del nivel de dominio sólo las hay
globulares.
Determinación de la estabilidad proteica
La estabilidad de una proteína es una medida de la energía que diferencia al
estado nativo de otros estados "no nativos" o desnaturalizados. Hablaremos de
estabilidad termodinamica cuando podamos hacer la diferencia de energía entre
el estado nativo y el desnaturalizado, para lo cual se requiere reversibilidad en
el proceso de desnaturalización. Y hablaremos de estabilidad cinética cuando,
dado que la proteína desnaturaliza irreversiblemente, sólo podemos diferenciar
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energéticamente la proteína nativa del estado de transición (el estado limitante
en el proceso de desnaturalización) que da lugar al estado final. En el caso de
las proteínas reversibles, también se puede hablar de estabilidad cinética,
puesto que el proceso de desnaturalización también presenta un estado
limitante. Actualmente se ha demostrado que algunas proteínas reversibles
pueden carecer de dicho estado limitante, si bien es un tema aún controvertido
en la bibliografía científica.
La determinación de la estabilidad proteica puede realizarse con diversas
técnicas. La única de ellas que mide directamente los parámetros energéticos
es la calorimetría (normalmente en la modalidad de calorimetría diferencial de
barrido). En esta se mide la cantidad de calor que absorbe una disolución de
proteína cuando es calentada, de modo que al aumentar la temperatura se
produce una transición entre el estado nativo y el estado desnaturalizado que
lleva asociada la absorción de una gran cantidad de calor.
El resto de técnicas miden propiedades de las proteínas que son distintas en el
estado nativo y en el estado desplegado. Entre ellas se podrían citar la
fluorescencia de triptófanos y tirosinas, el dicroismo circular, radio
hidrodinámico, espectroscopía infrarroja, resonancia magnética nuclear, ... Una
vez hemos elegido la propiedad que vamos a medir para seguir la
desnaturalización de la proteína, podemos distinguir dos modalidades: Aquellas
que usan como agente desnaturalizante el incremento de temperatura y
aquellas que hacen uso de agentes químicos (como urea, cloruro de guanidinio,
tiocianato de guanidinio, alcoholes,...). Estas últimas relacionan la
concentración del agente utilizado con la energía necesaria para la
desnaturalización. Una de las últimas técnicas que han emergido en el estudio
de las proteínas es la microscopía de fuerza atómica. Esta técnica es
cualitativamente distinta de las demás, puesto que no trabaja con sistemas
macroscópicos sino con moléculas individuales. Mide la estabilidad de la
proteína a través del trabajo necesario para desnaturalizarla cuando se aplica
una fuerza por un extremo mientras se mantiene el otro extremo fijo a una
superficie.
La importancia del estudio de la estabilidad proteica está en sus implicaciones
biomédicas y biotecnológicas. Así, enfermedades como el Alzheimer o el
Párkinson están realcionadas con la formación de amiloides (polímeros de
proteínas desnaturalizadas). El tratamiento eficaz de estas enfermedades podría
encontrarse en el desarrollo de fármacos que desestabilizaran las formas
amiloidogénicas o bien que estabilizaran las formas nativas. Por otro lado, cada
vez más proteínas van siendo utilizadas como fármacos. Resulta obvio que los
fármacos deben presentar una estabilidad que les de un alto tiempo de vida
cuando están almacenados y un tiempo de vida limitado cuando están
realizando su acción en el cuerpo humano. En cuanto a la importancia en las
aplicaciones biotecnológicas radica en que pese a su extrema eficacia catalítica
su baja estabilidad dificulta su uso (muchas proteínas de potencial interés
apenas mantienen su configuración nativa y funcional por unas horas).--Rldavid
(discusión) 21:25 2 mar 2008 (UTC)
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Propiedades de las proteínas
Solubilidad: Esta propiedad se mantiene siempre y cuando los
enlaces fuertes y débiles estén presentes. Si se aumenta la
temperatura y el pH, se pierde la solubilidad.

Capacidad Electrolítica: Se determina a través de la electrólisis, en la cual
si las proteínas se trasladan al polo positivo es porque su radical tiene
carga negativa y viceversa.

Especificidad: Cada proteína tiene una función específica que esta
determinada por su estructura primaria.

Desnaturalización: Las proteínas pueden desnaturalizarse al perder su
estructura terciaria. Al desnaturalizarse una proteína, esta pierde
solubilidad en el agua y precipita. La desnaturalización se produce por
cambios de temperatura o variaciones de pH. En algunos casos, las
proteínas desnaturalizadas pueden volver a su estado original a través
de un proceso llamado renaturalización.
1.1.4.- Código genético.
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Serie de codones en un segmento de ARN. Cada codón se compone de tres nucleótidos,
que codifican un solo aminoácido.
El código genético es la regla de correspondencia entre la serie de nucleótidos en que se
basan los ácidos nucleicos y las series de aminoácidos (polipéptidos) en que se basan las
proteínas. Es como el diccionario que permite traducir la información genética a
estructura de proteína. A, T, G, y C son las "letras" del código genético y representan las
bases nitrogenadas adenina, timina, guanina y citosina, respectivamente. Cada una de
estas bases forma, junto con un glúcido (pentosa) y un grupo fosfato, un nucleótido; el
ADN y el ARN son polímeros formados por nucleótidos encadenados.
Cada tres nucleótidos de la cadena (cada triplete) forman una unidad funcional llamada
codón. Como en cada cadena pueden aparecer cuatro nucleótidos distintos (tantos como
bases nitrogenadas, que son el componente diferencial) caben 43 (4x4x4, es decir, 64)
combinaciones o codones distintos. A cada codón le corresponde un único
“significado”, que será o un aminoácido, lo que ocurre en 61 casos, o una instrucción de
“final de traducción”, en los tres casos restantes (ver la tabla). La combinación de
codones que se expresa en una secuencia lineal de nucleótidos, conforman cada gen
necesario para producir la síntesis de una macromolécula con función celular específica.
Durante el proceso de traducción (síntesis de proteína) el mensaje genético es leído de
una cadena de ARN, colocando cada vez el aminoácido indicado por el codón siguiente
según la regla que llamamos código genético.
Universalidad
Antiguamente se decia que el código genético era universal, es decir, era el mismo para
todos los organismos existentes, con unas excepciones mínimas, observadas en
mitocondrias y en algunos protistas. Estas excepciones minimas lo hacen ser "casi
universal"
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Degeneración
En términos de teoría de la información el código genético presenta redundancia,
porque en varios casos, codones distintos significan el mismo aminoácido. Existen 64
codones y sólo 21 mensajes posibles a los que traducirlos, que son los veinte
aminoácidos más la señal de terminación. Es a este rasgo al que nos referimos como
degeneración del código genético.
Continuidad
En el código genético no existen signos que separen los tripletes, por lo cual éstos se
escriben de manera continua sin separaciones entre ellos. Aún así, se ha determinado
que existen 4 codones los cuales cumplen la función de "separadores" o "signos de
puntuación",estos son: AUG (codón de iniciación), UAA, UAG y UGA (codones de
terminación).
Usos incorrectos
La expresión "código genético" es frecuentemente utilizada en los medios de
comunicación como sinónimo de genoma, de genotipo, o de ADN. Frases como "Se
analizó el código genético de los restos y coincidió con el de la desaparecida", o "se
creará una base de datos con el código genético de todos los ciudadanos" son
científicamente absurdas. Es insensato, por ejemplo, aludir al «código genético de una
determinada persona», porque el código genético es el mismo para todos los seres
vivos; cada organismo tiene sin embargo un genotipo propio, aunque es posible que lo
comparta con otros si se ha originado por algún mecanismo de multiplicación asexual.
Tabla estándar de código genético
Fuente:National Genoma Research Institute
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2ª base
U
C
A
G
U
UUU Fenilalanina
UUC Fenilalanina
UUA
Leucina
UUG Leucina
UCU Serina
UCC Serina
UCA Serina
UCG Serina
UAU
Tirosina
UAC
Tirosina
UAA Ocre Stop
UAG ÁmbarStop
UGU Cisteína
UGC
Cisteína
UGA Ópalo Stop
UGG Triptófano
C
CUU
Leucina
CUC
Leucina
CUA
Leucina
CUG Leucina
CCU Prolina
CCC Prolina
CCA Prolina
CCG Prolina
CAU
Histidina
CAC
Histidina
CAA
Glutamina
CAG Glutamina
CGU Arginina
CGC Arginina
CGA Arginina
CGG Arginina
A
AUU Isoleucina
AUC Isoleucina
AUA Isoleucina
AUG1 Metionina
ACU Treonina
ACC Treonina
ACA Treonina
ACG Treonina
AAU
Asparagina
AAC
Asparagina
AAA
Lisina
AAG Lisina
AGU
Serina
AGC
Serina
AGA Arginina
AGG Arginina
G
GUU
Valina
GUC
Valina
GUA
Valina
GUG Valina
GCU Alanina
GCC Alanina
GCA Alanina
GCG Alanina
GAU ácido aspártico
GAC ácido aspártico
GAA ácido glutámico
GAG ácido glutámico
GGU
Glicina
GGC
Glicina
GGA
Glicina
GGG Glicina
1ª base
1. ↑ El codón AUG codifica ambos: para la metionina y sirve como sitio de iniciación; el primer
AUG en un ARNm es la región que codifica el sitio donde la traducción de proteínas se
inicia.
1.2.- Reproducción celular y en organismos
Comparación de tres tipos
de reproducción celular.
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La división celular es la parte del ciclo celular en la que una célula inicial
(llamada "madre") se divide en dos para formar dos células hijas. Gracias a la
división celular se produce el crecimiento de los organismos pluricelulares con
el crecimiento de los tejidos y la reproducción vegetativa en seres unicelulares.
Hay que destacar que de una célula madre se originan dos células hijas, no
tres.
Tipos de división celular
Bipartición: consiste en la división de la célula madre en dos células hijas,
cada nueva célula es un nuevo individuo con estructuras y funciones idénticas
a la célula madre. Este tipo de reproducción la presentan organismos como
bacterias, amebas y algunas algas.
Gemación: se presenta cuando unos nuevos individuos se producen a partir
de yemas. El proceso de gemación es frecuente en esponjas, celenterios,
briozoos. En una zona o varias del organismo progenitor se produce una
evaginación o yema que se va desarrollando y en un momento dado sufre una
constricción en la base y se separa del progenitor comenzando su vida como
nuevo ser. Las yemas hijas pueden presentar otras yemas a las que se les
denomina yemas secundarias. En algunos organismos se pueden formar
colonias cuando las yemas no se separan del organismo progenitor. En las
formas más evolucionadas de briozoos se observa en el proceso de gemación
que se realiza de forma más complicado. El número de individuos de una
colonia, la manera en que están agrupados y su grado de diferenciación varía y
a menudo es característica de una especie determinada. Los briozoos pueden
originar nuevos individuos sobre unas prolongaciones llamados estolones y al
proceso se le denomina estolonización.
Ciertas especies de animales pueden tener gemación interna, yemas que
sobreviven en condiciones desfavorables gracias a una envoltura protectora.
En el caso de las esponjas de agua dulce, las yemas tienen una cápsula
protectora y en el interior hay sustancia de reserva. Al llegar la primavera se
pierde la cápsula protectora y a partir de la yema surge la nueva esponja. En
los briozoos de agua dulce se produce una capa de quitina y de calcio y no
necesitan sustancia de reserva pues se encuentra en estado de hibernación.
Esporulación: la esporulación o esporogénesis consiste en un proceso de
diferenciación celular para llegar a la producción de células reproductivas
dispersivas de resistencia llamadas esporas. Este proceso ocurre en hongos,
amebas, líquenes, algunos tipos de bacterias, protozoos esporozoos (como el
Plasmodium causante de malaria), y es frecuente en vegetales (especialmente
algas, musgos y helechos), grupos de muy diferentes orígenes evolutivos, pero
con semejantes estrategias reproductivas, todos ellos pueden recurrir a la
formación células de resistencia para favorecer la dispersión. Durante la
esporulación se lleva a cabo la división del núcleo en varios fragmentos, y por
una división celular asimétrica una parte del citoplasma rodea cada nuevo
núcleo dando lugar a las esporas. Dependiendo de cada especie se puede
producir un número parciable de esporas y a partir de cada una de ellas se
desarrollará un individuo independiente.
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Procesos de división celular Fisión binaria es la forma de división celular
de las células procariotas.


Mitosis es la forma más común de la división celular en las células
eucariotas. Una célula que ha adquirido determinados parámetros o
condiciones de tamaño, volumen, almacena putosento de energía,
factores medioambientales, puede replicar totalmente su dotación de
ADN y dividirse en dos células hijas, normalmente iguales. Ambas
células serán diploides o haploides, dependiendo de la célula madre.
Meiosis es la división de una célula diploide en cuatro células haploides.
Esta división celular se produce en organismos multicelulares para
producir gametos haploides, que pueden fusionarse después para
formar una célula diploide llamada zigoto en la fecundación.
Los seres pluricelulares reemplazan su dotación celular gracias a la división
celular y suele estar asociada a la diferenciación celular. En algunos animales,
la división celular se detiene en algún momento y las células acaban
envejeciendo. Las células senescentes se deterioran y mueren, debido al
envejecimiento del cuerpo. Las células dejan de dividirse porque los telómeros
se vuelven cada vez más cortos en cada división y no pueden proteger a los
cromosomas. Las células cancerosas son inmortales. Una enzima llamada
telomerasa permite a estas células dividirse indefinidamente.
La característica principal de la división celular en organismos eucariotas es la
conservación de los mecanismos genéticos del control del ciclo celular y de la
división celular, puesto que se ha mantenido prácticamente inalterable desde
organismos tan simples como las levaduras a criaturas tan complejas como el
ser humano, a lo largo de la evolución biológica.
Causas que provocan la división celular Una teoría explica que existe un
momento en el que la célula comienza a crecer mucho, disminuyendo la
relación área/volumen. Cuando el área de la membrana plasmática es
mucho más pequeña en relación con el volumen total de la célula, existen
dificultades en la reabsorción y transporte de nutrientes, siendo así
necesario que se produzca la división celular.
1.2.1.- Ciclo celular y cáncer.
Ciclo celular.
El ciclo celular es el proceso ordenado y
repetitivo en el tiempo en el que la célula
crece y se divide en dos células hijas. Las
células que no se están dividiendo no
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forman parte, por sí, del ciclo celular, sino que están en una fase conocida
como G0.
Todas las células se originan únicamente de otra existente con anterioridad. El
ciclo celular se inicia en el instante en que aparece una nueva célula,
descendiente de otra que se divide, y termina en el momento en que dicha
célula, por división subsiguiente, origina dos nuevas células hijas.
El ciclo celular puede considerarse como una sucesión continua de estados
que se diferencian del anterior y del siguiente por la cantidad de material
genético existente en el núcleo celular.
La duración del ciclo celular varía según la estirpe celular, siendo la duración
media del ciclo completo de unas 24 horas.
Las células que se encuentran en el ciclo celular se llaman células proliferantes
y las que se encuentran en fase G0 se llaman células quiescentes.
Comparación entre la fisión binaria,
mitosis y meiosis, tres tipos de división
celular.
Fases del ciclo celular
La célula puede encontrarse en dos
estados claramente diferenciados:

32
El estado de división, llamado
fase M.
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
El estado de no división o interfase. La célula realiza sus funciones
específicas y, si está destinada a avanzar a la división celular, comienza
por realizar la duplicación de su ADN.
Micrografías de: a la izquierda, interfase celular; después, las distintas fases de
la mitosis, dentro de la fase M del ciclo celular.
Interfase
Es el período comprendido entre divisiones celulares. Es la fase más larga del
ciclo celular, ocupando casi el 95% del ciclo, trascurre entre dos mitosis y
comprende tres etapas:

Fase G1 (del inglés Growth 1): Es la primera fase del ciclo celular, en la
que existe crecimiento celular con síntesis de proteínas y de ARN. Es el
período que trascurre entre el fin de una mitosis y el inicio de la síntesis
de ADN. Tiene una duración de entre 6 y 12 horas, y durante este
tiempo la célula dobla su tamaño y masa debido a la continua síntesis de
todos sus componentes, como resultado de la expresión de los genes
que codifican las proteínas responsables de su fenotipo particular.

Fase S (del inglés Synthesis): Es la segunda fase del ciclo, en la que se
produce la replicación o síntesis del ADN, como resultado cada
cromosoma se duplica y queda formado por dos cromátidas idénticas.
Con la duplicación del ADN, el núcleo contiene el doble de proteínas
nucleares y de ADN que al principio. Tiene una duración de unos 6-8
horas.
33
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
Fase G2 (del inglés Growth 2): Es la segunda fase de crecimiento del
ciclo celular en la que continúa la síntesis de proteínas y ARN. Al final de
este período se observa al microscopio cambios en la estructura celular,
que indican el principio de la división celular. Tiene una duración entre 3
y 4 horas. Termina cuando los cromosomas empiezan a condensarse al
inicio de la mitosis.
Fase M (mitosis y citocinesis)
Es la división celular en la que una célula progenitora (células eucariotas,
células somáticas -células comunes del cuerpo-) se divide en dos células hijas
idénticas. Esta fase incluye la mitosis, a su vez dividida en: profase, metafase,
anafase, telofase; y la citocinesis, que se inicia ya en la telofase mitótica. Si el
ciclo completo durara 24 h, la fase M duraría alrededor de media hora (30
minutos).
Regulación del ciclo celular: Generalidades
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El ciclo celular es controlado por un sistema que vigila cada paso realizado. En
regiones concretas del ciclo, la célula comprueba que se cumplan las
condiciones para pasar a la etapa siguiente. Si no se cumplen estas
condiciones, el ciclo se detiene. Existen cuatro transiciones principales:




Paso de G0 a G1 / comienzo de la proliferación
Paso de G1 a S / iniciación de la replicación
Paso de G2 a M / iniciación de la mitosis
Paso de metafase a anafase
Los genes que regulan el ciclo celular se dividen en tres grandes grupos:
1. Genes que codifican proteínas para el ciclo: enzimas y precursores
de la síntesis de ADN, enzimas para la síntesis y ensamblaje de
tubulina, etc.
2. Genes que codifican proteínas que regulan positivamente el ciclo:
También llamados protooncogenes. Las proteínas que codifican activan
la proliferación celular, para que células quiescentes pasen a la fase S y
entren en división. Algunos de estos genes codifican las proteínas del
sistema de ciclinas y quinasas dependientes de ciclina. Pueden ser:
1. Genes de respuesta temprana, inducidos a los 15 minutos del
tratamiento con factores de crecimiento, sin necesidad de síntesis
proteica;
2. Genes de respuesta tardía, inducidos más de una hora después
del tratamiento con factores de crecimiento, su inducción parece
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estar causada por las proteínas producidas por los genes de
respuesta temprana.
3. Genes que codifican proteínas que regulan negativamente el ciclo:
También llamados genes supresores tumorales.
Las ciclinas y las quinasas dependientes de ciclina (CDK), son sintetizadas a
partir de protooncogenes y trabajan en cooperación para regular el ciclo
positivamente. Fosforilan serinas y treoninas de proteínas diana para
desencadenar procesos celulares.
Protooncogenes
son genes cuya presencia o activación a oncogenes pueden estimular el
desarrollo de cancer. cuando se activan exageradamente en las celulas
normales provocan que ellas pierdan el control de la division y se mantengan
proliferando sin control.
Ciclinas
Expresión diferencial de ciclinas en
las distintas fases del ciclo.
Las ciclinas son un grupo heterogéneo de proteínas con una masa de 36 a 87
kDa. Se distinguen según el momento del ciclo en el que actúan.




Ciclinas G1: promueven el paso de G1 a S
Ciclinas G1/S
Ciclinas S: necesarias para iniciar la replicación del ADN
Ciclinas M: promueven la mitosis
Las ciclinas son proteínas de vida muy corta y se destruyen luego de separarse
de las CDK.
Quinasas dependientes de ciclina
Complejo Cdk-ciclina.
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Las CDK son moléculas con una masa de 34 kDa. Forma dos lóbulos entre los
cuales está el centro catalítico, donde se inserta el ATP. En la entrada del
centro hay una treonina que debe estar fosforilada para que la quinasa actúe.
En el centro catalítico hay dos treoninas que, al ser fosforiladas, inhiben a la
quinasa y una región de unión a la ciclina llamada PSTAIRE.
Hay otra región en la CDK, alejada del centro catalítico, a la que se une la
proteína CKS. Ésta regula la CDK.
Vertebrados
Levaduras
Complejo Cdk/ciclina Ciclina
Cdk asociada Ciclina
Cdk asociada
Cdk-G1
ciclina D
Cdk 4,6
Cln3
Cdk1
Cdk-G1/S
ciclina E
Cdk2
Cln1,2
Cdk1
Cdk-S
ciclina A
Cdk2
Clb5,6
Cdk1
Cdk-M
ciclina B
Cdk1
Clb1,2,3,4 Cdk1
Activación de los complejos ciclina/CDK
El complejo ciclina A/CDK2 activa la proteína CAK, quinasa activadora de CDK.
La proteína CAK fosforila a la CDK, activándola.
La fosfatasa PP2a desfosforila a la CDK, inactivándola.
Inhibición de los complejos ciclina/CDK
Existen complejos inhibidores CKI como la p27 y p21 que se unen a la ciclina y
a la CDK al mismo tiempo bloqueando el sitio activo.
Activación de los complejos ciclina/CDK
Las enzimas ligasas de ubiquitina catalizan la disociación de ciclina y CDK y la
unión de la ciclina a la proteína ubiquitina, junto a la cual se dirigirá al
proteasoma.
Una enzima ligasa de ubiquitina es el complejo SCF, que actúa sobre las
ciclinas G1/S. Otro complejo denominado APC (del inglés anaphase promoting
complex) actúa sobre ciclinas M.
Acción de las ciclinas G1 y G1/S
Durante G1,la proteína Rb (retinoblastoma) está unida a la proteína E2F, que a
su vez está unida al ADN promotor de genes necesarios para la entrada en S.
Al acumularse ciclinas de G1, los complejos ciclina G1/CDK fosforilan a Rb, que
se inactiva y deja de inactivar a E2F.
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La actividad de E2F permite la transcripción de genes para la fase S. Se
forman entonces complejos ciclina G1S/CDK y ciclina S/CDK, que inactivan
más unidades de Rb, favoreciendo todavía más la actividad de E2F.
Acción de las ciclinas S
El complejo ciclina S/CDK promueve la actividad de la ADN polimerasa y de
otras proteínas de la replicación.
El complejo multiproteico ORC (del inglés origin recognition complex) está
asociado al origen de replicación del ADN. En G1 forma el complejo
prerreplicativo al asociarse a la proteína CDC6 y al anillo proteico MCM. Las
MCM actúan como helicasas promoviendo la replicación.
El complejo ciclina S/CDK también fosforila la CDC6, dejándola accesible para
la ubiquitinación por SCF. Así evita una nueva replicación.
Acción de las ciclinas M
El complejo ciclina M/CDK activado por CAK está presente en todo el ciclo,
pero está inhibido por la quinasa WEE1, que la fosforila.
Al final de G2 la fosfatasa CDC25 desfosforila la CDK y activa el complejo
ciclina M/CDK.
El complejo ciclina M/CDK fosforila varias proteínas durante la mitosis:




proteína lámina nuclear al final de la profase para disolver la envoltura
nuclear
proteína condensina que condensa los cromosomas
proteínas reguladoras del huso mitótico
complejo APC que separa las cromátidas hermanas
El complejo CDC20/APC ubiquitina las ciclinas M para salir de la fase M.
Genes supresores de tumores
Los genes supresores de tumores regulan negativamente el ciclo. Se encargan
de que la mitosis no continúe si se ha producido una alteración del proceso
normal.
Entre estos genes, también llamados 'de verificación', se encuentran los que
codifican:




38
productos que evitan mutaciones de genes reguladores del ciclo
proteínas que inactivan las CDK por fosforilación/desfosforilación (ej.
quinasa WEE1, fosfatasa CDC25)
proteínas CKI inhibidoras del ciclo (ej. p53, p21, p16)
proteína Rb (retinoblastoma), cuya alteración génica recesiva causa el
cáncer de retina con ese nombre.
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
proteínas que inducen la salida del ciclo hacia un estado celular
diferenciado o hacia apoptosis (ej. Bad, Bax, Bak, receptor de ligando de
Fas)
La verificación se lleva a cabo en los puntos de control y asegura la fidelidad de
la replicación y segregación del genoma. Algunos componentes, además de
detectar fallos, pueden poner en marcha la reparación.
Puntos de control
Existen puntos de control en el ciclo que aseguran la progresión sin fallos de
éste:




Punto de control de ADN no replicado, en la entrada de fase M. Actúa
inhibiendo a Cdc25, el cual es un activador de la Ciclina A/B Cdk1.
Punto de control de ensamblaje del huso, antes de la telofase. Se activa
una proteína Mad2 que impide la degradación de la segurina, lo que
impide la segregación de las cromátidas hermanas.
Punto de control de la separación de cromosomas, al final de la mitosis.
En el caso de que fuera incorrecto, se impediría la degradación de la
ciclina B por APC.
Punto de control del daño del ADN, en G 1, S o G2. El daño celular activa
a p53, proteína que favorece la reparación el ADN, detiene el ciclo
promoviendo la transcripción de p21, inhibidor de Cdk, y, en el caso de
que todo falle, estimula la apoptosis.
Estas rutas de verificación presentan dos características:


Son transitorias, desaparecen una vez resuelto el problema que las puso
en marcha.
Pueden caducar si el problema no es resuelto al cabo de un tiempo.
Mitógenos, factores de crecimiento y factores de supervivencia
El proceso de síntesis y ensamblaje de ciclinas/CDK está regulado por tres
tipos de factores:



Mitógenos: estimulan la división celular
Factores de crecimiento (GF): producen un aumento de tamaño al
estimular la síntesis protéica
Factores de supervivencia: suprimen la apoptosis
Otras señales que regulan el ciclo celular
Tamaño celular Anclaje al sustrato
Las células en cultivo necesitan anclarse a un sustrato para dividirse. Cuando
la matriz extracelular se une a las integrinas de la superficie celular, se activa la
quinasa de adhesión focal FAK que promueve la supervivencia, crecimiento y
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división celular. Las células Los fibroblastos se dividen un número de veces
que es inversamente proporcional a la edad del individuo.
Regulación de la mitosis
¿Cómo se replica el ADN una única vez?
Una pregunta interesante es cómo se mantiene la euploidía celular. Sucede
que, en la fase G1, la Cdk(ciclina) promueve la adición a los complejo de
reconocimiento del origen de replicación del ADN de unos reguladores
llamados Cdc6, los cuales reclutan a Mcm, formando un complejo
prerreplicativo del ADN, que recluta a la maquinaria de replicación genética.
Una vez que se inicia la fase S, la Cdk-S produce la disociación de Cdc6 y su
posterior proteólisis, así como la exportación al citosol de Mcm, con lo que el
origen de replicación no puede, hasta el ciclo siguiente, reclutar un complejo
prerreplicativo (las degradaciones proteolíticas siempren conllevan
irreversibilidad, hasta que el ciclo gire). Durante G2 y M se mantiene la unicidad
de la estructura de prerreplicación, hasta que, tras la mitosis, el nivel de
actividad Cdk caiga y se permita la adición de Cdc6 y Mdm para el ciclo
siguiente.
¿Cómo se entra en mitosis?
La ciclina B, típica en la Cdk-M, existe en todo el ciclo celular. Sucede que la
Cdk(ciclina) está habitualmente inhibida por fosforilación mediante la proteína
Wee, pero, a finales de G2, se activa una fosfatasa llamada Cdc25 que elimina
el fosfato inhibidor y permite el aumento de su actividad. Cdk-M inhibe a Wee y
activa a Cdc25, lo que produce una retroalimentación positiva que permite la
acumulación de Cdk-M.
¿Cómo se separan las cromátidas hermanas?
Ya en mitosis, tras la formación del huso acromático y superación del punto de
restricción de unión a cinetocoros, las cromátidas han de eliminar su esqueleto
de cohesinas, que las unen. Para ello, Cdk-M favorece la activación de APC,
una ubiquitina ligasa, por unión a Cdc20. Esta APC ubiquitiniza y favorece la
ulterior degradación en el proteasoma de la segurina, inhibidor del enzima
separasa que debe escindir las cohesinas.
Metafase tardía: placa metafásica previa a la
separación de las cromátidas.
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¿Cómo se sale de mitosis?
Una vez que los niveles de Cdk-M son altos, parece difícil detener la dinámica
de mitosis y entrar en citocinesis: pues bien, esto ocurre porque la APC
activada por la Cdk-M, y tras un lapso temporal cuyo mecanismo de control es
aún desconocido, ubiquitiniza a la ciclina B, produciendo el cese absoluto de
actividad Cdk-M.
El reposo de G1
En la fase G1, la actividad Cdk está muy disminuida porque: APC-Hct1 (Cdc20
sólo actúa en mitosis) elimina toda ciclina B; se acumulan inhibidores de Cdk;
la transcripción de ciclinas se ve disminuida.
Para escapar de este reposo, se deben acumular ciclinas de G 1. Esto se
controla mediante factores de proliferación celular, señales externas. Los
mecanismos moleculares de activación de transcripción de genes de las fases
S y G2 necesarios para proseguir el ciclo son apasionantes: éstos genes están
regulados por la proteína reguladora E2F, la cual se une a promotores de
ciclinas G1/S y S. E2F está controlada pro la rpoteína del retinoblastoma (Rb),
la cual, en ausencia de factores tróficos, inhibe la actividad promotora de la
transcripción de E2F. Cuando existen señales de proliferación, Cdk-G1 fosforila
Rb, que pierde afinidad por E2F, se disocia de éste y permite que se expresen
los genes de la fase S. Además, como E2F acelera la transcripción de su
propio gen, las Cdk-S y G1/S fosforilan también a Rb y a Hct1 (activador de
APC, que degradaría estas ciclinas), se produce una retroalimentación positiva.
Descubrimiento de la regulación del ciclo celular
En el año 2001, Leland H. Hartwell, R. Timothy Hunt, and Paul M. Nurse
ganaron el premio Nobel de Medicina y Fisiología por descubrir las ciclinas y
las quinasas dependientes de ciclina, las principales moléculas que regulan el
ciclo celular, que son universales en todos los organismos eucariotas.
Ciclo celular y cáncer
Cuando las células normales se
lesionan o envejecen, mueren por
apoptosis,
pero
las
células
cancerosas la evitan.
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Se cree que muchos tumores son el resultado de una multitud de pasos, de los
que una alteración mutagénica no reparada del ADN podría ser el primer paso.
Las alteraciones resultantes hacen que las células inicien un proceso de
proliferación descontrolada e invadan tejidos normales.
El desarrollo de un tumor maligno requiere de muchas transformaciones
genéticas. La alteración genética progresa, reduciendo cada vez más la
capacidad de respuesta de las células al mecanismo normal regulador del ciclo.
Los genes que participan de la carcinogénesis resultan de la transformación de
los genes normalmente implicados en el control del ciclo celular, la reparación
de daños en el ADN y la adherencia entre células vecinas.
Para que la célula se transforme en neoplásica se requieren, al menos, 2
mutaciones: una en un gen supresor de tumores y otra en un protooncogén,
que dé lugar, entonces, a un oncogén.
1.2.2.- Mitosis
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Micrografía de una célula pulmonar de tritón durante el período de anafase de
la mitosis.
Cromosomas homólogos en mitosis (arriba) y meiosis(abajo)
En biología, la mitosis (del griego mitos, hebra) es un proceso de reparto
equitativo del material hereditario (ADN) característico de las células
eucarióticas. Normalmente concluye con la formación de dos núcleos
separados (cariocinesis) seguido de la partición del citoplasma (citocinesis),
para formar dos células hijas. La mitosis completa, que produce células
genéticamente idénticas, es el fundamento del crecimiento, de la reparación
tisular y de la reproducción asexual. La meiosis, un proceso que comparte
mecanismos con la mitosis pero que no debe confundirse con ella, produce
células genéticamente distintas y, combinada con la fecundación, es el
fundamento de la reproducción sexual.
Introducción
La mitosis es el proceso de división celular por el cual se conserva la
información genética contenida en sus cromosomas, que pasa de esta manera
a las sucesivas células a que la mitosis va a dar origen. La mitosis es
igualmente un verdadero proceso de multiplicación celular que participa en el
desarrollo, el crecimiento y la regeneración del organismo.
El proceso tiene lugar por medio de una serie de operaciones sucesivas que se
desarrollan de una manera continua, y que para facilitar su estudio han sido
separadas en varias etapas.
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Esquema que muestra de manera resumida lo que ocurre durante la mitosis
El resultado esencial de la mitosis es la continuidad de la información
hereditaria de la célula madre en cada una de las dos células hijas. El genoma
se compone de una determinada cantidad de genes organizados en
cromosomas, hebras de ADN muy enrolladas que contienen la información
genética vital para la célula y el organismo. Dado que cada célula debe
contener completa la información genética propia de su especie, la célula
madre debe hacer una copia de cada cromosoma antes de la mitosis, de forma
que las dos células hijas reciban completa la información. Esto ocurre durante
la interfase, es decir, el período que alterna con la mitosis en el ciclo celular, y
en el que la célula entre otras cosas se prepara para dividirse.
Tras la duplicación del ADN, cada cromosoma consistirá en dos copias
idénticas de la misma hebra de ADN, llamadas cromátidas hermanas, unidas
entre sí por una región del cromosoma llamada centrómero. Cada cromátida
hermana no se considera en esa situación un cromosoma en sí mismo, sino
parte de un cromosoma que provisionalmente consta de dos cromátidas.
En animales y plantas, pero no siempre en hongos o protistas, la envoltura
nuclear que separa el ADN del citoplasma se desintegra, desapareciendo la
frontera que separaba el contenido nuclear del citoplasma. Los cromosomas se
ordenan en el plano ecuatorial de la célula, perpendicular a un eje definido por
un huso acromático. Éste es una estructura citoesquelética compleja, de forma
ahusada, constituido por fibras que son filamentos de microtúbulos. Las fibras
del huso dirigen el reparto de las cromátidas hermanas, una vez producida su
separación, hacia los extremos del huso. Por convenio científico, a partir de
este momento cada cromátida hermana sí se considera un cromosoma
completo, y empezamos a hablar de cromosomas hermanos para referirnos a
las estructuras idénticas que hasta ese momento llamábamos cromátidas.
Como la célula se alarga, las fibras del huso ―tiran‖ por el centrómero a los
cromosomas hermanos dirigiéndolos cada uno a uno de los polos de la célula.
En las mitosis más comunes, llamadas abiertas, la envoltura nuclear se
deshace al principio de la mitosis y se forman dos envolturas nuevas sobre los
dos grupos cromosómicos al acabar. En las mitosis cerradas, que ocurren por
ejemplo en levaduras, todo el reparto ocurre dentro del núcleo, que finalmente
se estrangula para formar dos núcleos separados.
Se llama cariocinesis a la formación de los dos núcleos con que concluye
habitualmente la mitosis. Es posible, y ocurre en ciertos casos, que el reparto
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mitótico se produzca sin cariocinesis (endomitosis) dando lugar a un núcleo con
el material hereditario duplicado (doble el número de cromosomas).
La mitosis se completa casi siempre con la llamada citocinesis o división del
citoplasma. En las células animales la citocinesis se realiza por estrangulación:
la célula se va estrechando por el centro hasta que al final se separa en dos.
En las células de las plantas se realiza por tabicación, es decir, las células hijas
―construyen‖ una nueva región de pared celular que dividirá la una de la otra
dejando puentes de citoplasma (plasmodesmos). Al final, la célula madre se
parte por la mitad, dando lugar a dos células hijas, cada una con una copia
equivalente y completa del genoma original.
Cabe señalar que las células procariotas experimentan un proceso similar a la
mitosis llamado fisión binaria. No se puede considerar que las células
procariotas experimenten mitosis, dado que carecen de núcleo y únicamente
tienen un cromosoma sin centrómero.
Fases
Diagrama mostrando los cambios que ocurren en los centrosomas y el núcleo
de una célula en el proceso de la división mitótica. I a III, profase; IV,
prometafase; V,metafase; VI y VII, anafase; VII y VIII, telofase.
La división de las células eucarióticas es parte de un ciclo vital continuo, el ciclo
celular, en el que se distinguen dos períodos mayores, la interfase, durante la
cual se produce la duplicación del ADN, y la mitosis, durante la cual se produce
el reparto idéntico del material antes duplicado. La interfase típica se divide en
tres fases:



45
G1: Síntesis de proteínas
S: Replicación del ADN
G2: Síntesis de proteínas
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Profase
Es la fase mas larga de la mitosis. Se produce la condensación del material
genético (ADN) (que normalmente existe en forma de cromatina), con lo que
se forman los cromosomas; y el desarrollo bipolar del huso mitótico. Uno de los
hechos más tempranos de la profase en las células animales es la migración
de dos pares de centriolos, previamente debe duplicarse el existente, hacia
extremos opuestos de la célula. Se forma un huso acromático hecho de haces
de microtúbulos, las fibras del huso. Los centriolos actúan como centros
organizadores de microtúbulos, controlando la formación de esas fibras. En la
profase tardía desaparece el nucléolo y se desorganiza la envoltura nuclear.
Prometafase
La envoltura nuclear se ha desorganizado y el huso mitótico organizado. Los
cromosomas han sido alcanzados por fibras del huso (microtúbulos).
Metafase
Durante esta fase, las cromàtidas hermanas, las cuales se encuentran
conectadas a cada polo de la célula por los microtùbulos unidos a los
centròmeros, comienzan a moverse continuamente, hasta que migra a la zona
media de la célula o plano ecuatorial, en la que forman una estructura llamada
placa ecuatorial.
Anafase
Es la fase más corta de la mitosis, en ella los microtúbulos del huso rompen los
centrómeros longitudinalmente, lo que da lugar a la separación de las
cromátidas hermanas, las cuales se dirigen a polos opuestos.
Telofase
En la telofase el nuevo núcleo se organiza: se reconstituye la cromatina,
adoptando forma helicoidal los cromosomas, aparece el nucléolo, y se
reconstruye la eucarioteca a partir del retículo endoplasmático.
Consecuencias
Se ha dividido el material genético en dos núcleos idénticos, con lo que las dos
células hijas que resultan si se diera la división del citoplasma (ver citocinesis)
serían genéticamente idénticas. En la metafase 1, los pares de cromosomas
homólogos recombinados unen sus centrómero alas fibras del huso y se
desplazan hacia el centro de la célula o plano ecuatorial. Durante la anafase 1 ,
los pares de cromosomas se separa y se mueven hacia polos opuestos a la
célula.
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Errores en la mitosis
Aunque los errores en la mitosis son bastante raros, este proceso puede fallar,
especialmente durante las primeras divisiones celulares en el cigoto. Los
errores mitóticos pueden ser especialmente peligrosos para el organismo,
porque el descendiente futuro de la célula madre defectuosa asumirá su misma
anomalía.
Un cromosoma puede no separarse durante la anafase. En tal caso, una célula
hija recibirá dos cromosomas hermanos y la otra quedarse sin ninguno. Esto da
lugar a que una célula tenga tres cromosomas que codifiquen la misma cosa
(dos hermanos y un homólogo), una condición conocida como trisomía, y la
otra célula, que solamente tiene un cromosoma (el cromosoma homólogo),
tendrá monosomía. Estas células se consideran aneuplóidicas, y la aneuploidia
puede causar cáncer.
La mitosis es un proceso traumático. La célula pasa por cambios dramáticos en
su estructura, algunos orgánulos se desintegran y se reconstruyen en cuestión
de horas, y los microtúbulos tiran constantemente de los cromosomas. Por
tanto, en ocasiones los cromosomas pueden dañarse. Un brazo del
cromosoma se puede romper y perder un fragmento, causando deleción. El
fragmento puede incorporarse incorrectamente a otro cromosoma no
homólogo, causando translocación. Se puede integrar de nuevo al cromosoma
original, pero en una orientación inversa, causando inversión. O, se puede
tratar erróneamente como un cromosoma separado, causando duplicación
cromosómica. El efecto de estas anormalidades genéticas dependen de la
naturaleza específica del error. Puede ir de una anomalía imperceptible a la
muerte del organismo.
1.2.3.- Reproducción asexual.
La reproducción asexual, también llamada reproducción vegetativa,
consiste en que de un organismo se desprende una sola célula o trozos del
cuerpo de un individuo ya desarrollado que, por procesos mitóticos, son
capaces de formar un individuo completo genéticamente idéntico a él. Se lleva
a cabo con un solo progenitor y sin la intervención de los núcleos de las células
sexuales o gametos.
Reproducción asexual en animales
La multiplicación asexual sólo se presenta en aquellos animales cuyas células
conservan aún la totipotencia embrionaria, es decir, la capacidad no sólo
de multiplicarse, sino también de diferenciarse en distintos tipos celulares
para lograr la reconstrucción de las partes del organismo que pudieran faltar.
Como la totipotencia embrionaria es tanto más común cuanto más sencilla es la
organización animal, ésta tiene lugar en esponjas, celentéreos, anélidos,
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nemertea, equinodermos y también en los estados larvarios y embrionarios de
todos los animales.
Las modalidades básicas de reproducción asexual son:




La gemación.
La fragmentación o escisión.
La bipartición.
La esporulación o esporogénesis.
Reproducción asexual en vegetales
Se halla extraordinariamente difundida y sus modalidades son muchas y muy
variadas. Entre ellas destacan:



Las mitosporas.
Los propágulos.
La multiplicación vegetativa artificial
Ejemplos
Reproducción asexual natural




Tubérculos: tallos subterráneos engrosados cuya función es almacenar
almidón. tubérculo.
Bulbos: tallos subterráneos formados por hojas carnosas concéntricas
que con el tiempo se dividen en varios bulbillos,de los que saldrán
nuevas plantas.
Estolones o tallos rastreros: tallos aéreos horizontales que cuando son
muy largos y tocan el suelo, generan raíces y tallos verticales.
rizomas: tallos subterráneos horizontales que cada cierta distancia
emiten tallos verticales.
Reproducción asexual artificial
Injertos: consiste en insertar en una planta, una rama similar de otra
planta



48
Estacas: la reproducción por estacas consiste en cortar la rama con
brotes o yemas, plantarla en otro lugar y obtener así una nueva planta.
Esquejes o gajos: tallos que se preparan, en recipientes con agua o en
tierra húmeda, donde forman nuevas raíces, tras lo cual pueden
plantarse.
Cultivo de tejidos: cultivo realizado en un medio libre de
microorganismos y utilizando soluciones nutritivas y hormonas
vegetales, que provocan el crecimiento de raíces, tallos y hojas a partir
de un fragmento de una planta.
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1.2.4.- Meiosis.
En biología, meiosis (proviene del latín ―hacer mas pequeño‖) es un proceso
divisional celular , en el cuál una célula diploide (2n), experimentará dos
divisiones celulares sucesivas, con la capacidad de generar cuatro células
haploide (n).
Este proceso se lleva a cabo en dos divisiones nucleares y citoplasmáticas,
llamadas, primera y segunda división meiótica o simplemente Meiosis I y
Meiosis II. Ambas comprenden Profase, Metafase, Anafase y Telofase.
Durante la meiosis I los miembros de cada par homólogo de cromosomas se
unen primero y luego se separan y se distribuyen en diferentes núcleos. En la
Meiosis II, las cromátidas hermanas que forman cada cromosoma se separan y
se distribuyen en los núcleos de las células hijas. Entre estas dos etapas
sucesivas no existe la etapa S (duplicación del ADN).
Los errores en la meiosis son responsables de las principales anomalías
cromosómicas. La meiosis consigue mantener constante el número de
cromosomas de las células de la especie para mantener la información
genética.
Historia de la Meiosis
La meiosis fue descubierta y descrita por primera vez en los huevos del erizo
de mar en 1876, por el biólogo alemán conocido Oscar Hertwig (1849-1922).
Fue descrita otra vez en 1883, en el nivel de cromosomas, por el zoólogo
Edouard Van Beneden (1846-1910) de Bélgica, en los huevos de los gusanos
parásitos Ascaris. En 1887, observó que en la primera división celular que
llevaba a la formación de un huevo, los cromosomas no se dividían en dos
longitudinalmente como en la división celular asexual, sino que cada par de
cromosomas se separaba para formar dos células, cada una de las cuales
presentaba tan sólo la mitad del número usual de cromosomas.
Posteriormente, ambas células se dividían de nuevo según el proceso asexual
ordinario. Van Beneden denominó a este proceso “Meiosis”.
La significación de la meiosis para la reproducción y la herencia, sin embargo,
fue descrita solamente en 1890 por el biólogo alemán August Weismann (18341914), quien observó que dos divisiones celulares eran necesarias transformar
una célula diploide en cuatro células haploide si el número de cromosomas
tenía que ser mantenido. En 1911, el genetista estadounidense, Thomas Hunt
Morgan (1866-1945) observó el entrecruzamiento en la meiosis de la mosca de
la fruta, proveyendo la primera interpretación segura y verdadera sobre la
meiosis.
Meiosis y Ciclo Vital
La reproducción sexual se caracteriza por la fusión de dos células sexuales
haploides para formar un cigoto diploide, por lo que se deduce, en un ciclo vital
sexual, debe ocurrir la meiosis antes de que los gametos puedan reproducirse.
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En animales y otros pocos organismos la meiosis precede de manera
inmediata a la formación de gametos. Las células del cuerpo somáticas de un
organismo individual se multiplican por mitosis y son diploides; las únicas
células haploides son los gametos. Estos se forman cuando algunas células de
la línea germinativa experimentan la meiosis. La formación de gametos recibe
el nombre de gametogenesis. La gametogenesis masculina denominada
espermatogénesis da por resultado la formación de cuatro espermatozoides
haploides por cada célula que entra en la meiosis. En contraste, la
gametogenesis femenina llamada ovogénesis genera un solo ovulo por cada
celular que entra en la meiosis, esto se realiza por un proceso que asigna
virtualmente todo el citoplasma a uno solo de dos núcleos en cada división
meiótica. Al final de la primera división meiótica se retiene un núcleo; el otro,
llamado primer cuerpo polar, se excluye de la célula y por ultimo degenera. De
modo general, al final de la segunda división un núcleo se convierte en el
segundo cuerpo polar y el otro núcleo sobrevive. De esta forma, un núcleo
haploide pasa a ser el receptor de la mayor parte del citoplasma y los
nutrimentos acumulados de la célula meiótica original.
Sin embargo, aunque la meiosis se realiza en algún punto de los ciclos vitales
sexuales, no siempre precede directamente a la formación de gametos.
Muchos eucariontes sencillos (incluso algunos hongos y algas) permanecen
haploide (sus células se dividen por mitosis) la mayor parte de su vida, y los
individuos pueden ser unicelulares o pluricelulares.
Dos gametos haploide (producidos por mitosis) se fusionan para formar un
cigoto diploide, el cual experimenta la meiosis para volver al estado haploide.
Los ciclos vitales más complejos se encuentran en vegetales y algunas algas.
Estos ciclos vitales, que se caracterizan por alternancia de generaciones,
consisten en una etapa diploide multicelular, denominada generación
esporófita, y una etapa haploide multicelular, a la que se llama generación
gametófita. Las células esporofitas dipliodes experimentan la meiosis para
formar esporas haploides , cada una de las cuales se divide en forma mitótica
para producir un gametofito haploide multicelular. Los gametofitos producen
gametos por mitosis. Los gametos femeninos y masculinos (óvulo y
espermatozoides) se fusionan entonces para formar un cigoto diploide, el cual
se divide de manera
mitótica para producir un
esporofito
diploide
multicelular.
Proceso celular
Visión general de la
meiosis. En la interfase
se duplica el material
genético, y se produce el
fenómeno
de
la
recombinación
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(representado por cromosomas rojos y azules). En meiosis I los cromosomas
homólogos se reparten en dos células hijas. En meiosis II, al igual que en una
mitosis, cada cromátida migra hacia un polo. El resultado son 4 células hijas
haploides (n).
Los pasos preparatorios que conducen a la meiosis son idénticos en patrón y
nombre a la interfase del ciclo mitótico de la célula. La interfase se divide en
tres fases:



Fase G1: caracterizado por el aumento de tamaño de célula debido a la
fabricación acelerada de organelos, proteínas, y otras materias
celulares.
Fase S (síntesis): se replica el material genético, es decir, el ADN se
replica dando origen a dos cadenas nuevas, unidas por el centrómero.
Los cromosomas, que hasta el momento tenían una sola cromátida,
ahora tienen dos. Se replica el 98% del ADN, el 2% restante queda sin
replicar.
Fase G2: la célula continúa aumentando su biomasa.
La interfase es seguida inmediatamente por la meiosis I y II. Meiosis I consiste
en la segregación de cada uno de los cromosomas homólogos, dividiendo
posteriormente la célula diploide en dos células diploides pero con la mitad de
cromosomas. La meiosis II consiste en desemparejar cada uno de las
cromátidas del cromosoma, que se segregarán una a cada polo, con lo que tras
una división se producen cuatro células haploides. Meiosis I y II están divididas
en profase, metafase, anafase, y telofase, similares en propósito a sus
subfases análogos en el ciclo mitótico de la célula. Por lo tanto, la meiosis
abarca la interfase (G1, S, G2), la meiosis I (profase I, metafase I, anafase I,
telofase I), y la meiosis II (profase II, metafase II, anafase II, telofase II).
Meiosis I
Profase I
La profase I de la primera división meiótica es la etapa más compleja del
proceso y a su vez se divide en 5 subetapas, que son:

Leptoteno
La primera etapa de Profase I es la etapa del leptoteno, durante la cual los
cromosomas individuales comienzan a condensar en filamentos largos dentro
del núcleo. Cada cromosoma tiene un elemento axial, un armazón proteico que
lo recorre a lo largo, y por el cual se ancla a la envuelta nuclear. A lo largo de
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los cromosomas van apareciendo
denominados cromómeros.

unos
pequeños
engrosamientos
Zigoteno
Los cromosomas homólogos comienzan a acercarse hasta quedar apareados
en toda su longitud. Esto se conoce como sinapsis (unión) y el complejo
resultante se conoce como bivalente o tétrada (nombre que prefieren los
citogenetistas), donde los cromosomas homólogos (paternos y materno) se
aparean, asociándose así cromátidas homólogas. Producto de la sinapsis, se
forma una estructura observable solo con el microscopio electrónico, llamada
complejo sinaptonémico, unas estructuras, generalmente esféricas, aunque en
algunas especies pueden ser alargadas.
La disposición de los cromómeros a lo largo del cromosoma parece estar
determinado genéticamente. Tal es así que incluso se utiliza la disposición de
estos cromómeros para poder distinguir cada cromosoma durante la profase I
meiótica. Además el eje proteico central pasa a formar los elementos laterales
del complejo sinaptonémico, una estructura proteica con forma de escalera
formada por dos elementos laterales y uno central que se van cerrando a modo
de cremallera y que garantiza el perfecto apareamiento entre homólogos. En el
apareamiento entre homólogos también está implicada la secuencia de genes
de cada cromosoma, lo cual evita el apareamiento entre cromosomas no
homólogos. Además durante el zigoteno concluye la replicación del ADN (2%
restante) que recibe el nombre de zig-ADN.

Paquiteno
Una vez que los cromosomas homólogos están perfectamente apareados
formando estructuras que se denominan bivalentes se produce el fenómeno de
entrecruzamiento (crossing-over) en el cual las cromatidas homólogas no
hermanas 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 está mediada por la aparición entre los dos
homólogos de una estructura proteica de 90 nm de diámetro llamada nódulo de
recombinación. En él se encuentran las enzimas que median en el proceso de
recombinación.
Durante esta fase se produce una pequeña síntesis de ADN, que
probablemente está relacionada con fenómenos de reparación de ADN ligados
al proceso de recombinación.

Diploteno
Los cromosomas continúan condensándose hasta que se pueden comenzar a
observar las dos cromátidas de cada cromosoma. Además en este momento se
pueden observar los lugares del cromosoma donde se ha producido la
recombinación. Estas estructuras en forma de X reciben el nombre quiasmas.
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Cada quiasma se origina en un sitio de entrecruzamiento, lugar en el que
anteriormente se rompieron dos cromatidas hermanas que intercambiaron
material genético y se reunieron.
En este punto la meiosis puede sufrir una pausa, como ocurre en el caso de la
formación de los óvulos humanos. Así, la línea germinal de los óvulos humanos
sufre esta pausa hacia el séptimo mes del desarrollo embrionario y su proceso
de meiosis no continuará hasta alcanzar la madurez sexual. A este estado de
latencia se le denomina dictiotena.

Diacinesis
Esta etapa apenas se distingue del diploteno. Podemos observar los
cromosomas algo más condensados y los quiasmas. El final de la diacinesis y
por tanto de la profase I meiótica viene marcado por la rotura de la membrana
nuclear. Durante toda la profase I continuó la síntesis de ARN en el núcleo. Al
final de la diacinesis cesa la síntesis de ARN y desaparece el nucleolo.
Prometafase I
La membrana nuclear desaparece. Un cinetocoro se forma por cada
cromosoma, no uno por cada cromátida, y los cromosomas adosados a fibras
del huso comienzan a moverse. Algunas veces las tétradas son visibles al
microscopio. Las cromatidas hermanas continúan estrechamente alineadas en
toda su longitud, pero los cromosomas homólogos ya no lo están y su
centrómeros y cinetocoros encuentran separados entre sí.
Metafase I
Los cromosomas homólogos se alinean en el plano de ecuatorial. La
orientación es al azar, con cada homologo paterno en un lado. Esto quiere
decir que hay un 50% de posibilidad de que las células hijas reciban el
homólogo del padre o de la madre por cada cromosoma. Los microtubulos del
huso de cada centríolo se unen a sus respectivos cinetocoros.
Anafase I
Los quiasmas se separan. Los microtúbulos del huso se acortan en la región
del cinetocoro, con lo que se consigue remolcar los cromosomas homólogos a
lados opuestos de la célula, junto con la ayuda de proteínas motoras. Ya que
cada cromosoma homólogo tiene solo un cinetocoro, se forma un juego
haploide (n) en cada lado. En la repartición de cromosomas homólogos, para
cada par, el cromosoma materno se dirige a un polo y el paterno al contrario.
Por tanto el número de cromosomas maternos y paternos que haya a cada polo
varía al azar en cada meiosis. Por ejemplo, para el caso de una especie 2n = 4
puede ocurrir que un polo tenga dos cromosomas maternos y el otro los dos
paternos; o bien que cada polo tenga uno materno y otro paterno.
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Telofase I
Cada célula hija ahora tiene la mitad del número de cromosomas pero cada
cromosoma consiste en un par de cromátidas. Los microtubulos que componen
la red del huso mitótico desaparece, y una membrana nuclear nueva rodea
cada sistema haploide. Los cromosomas se desenrollan nuevamente dentro de
la cromatina. Ocurre la citocinesis (proceso paralelo en el que se separa la
membrana celular en las células animales o la formación de esta en las células
vegetales, finalizando con la creación de dos células hijas). Después suele
ocurrir la intercinesis, parecido a una segunda interfase, pero no es una
interfase verdadera, ya que no ocurre ninguna réplica del ADN. Este proceso
es breve en todos los organismos, pero en algunos generalmente no ocurre.
Meiosis II
Profase II

Profase Temprana II
Comienza a desaparecer la envoltura nuclear y el nucleolo. Se hacen evidentes
largos cuerpos filamentosos de cromatina, y comienzan a condensarse como
cromosomas visibles

Profase Tardía II
Los cromosomas continúan acortándose y engrosándose. Se forma el huso
entre los centríolos, que se han desplazado a los polos de la célula
Metafase II
Las fibras del huso se unen a los cinetocóros de los cromosomas. Éstos
últimos se alinean a lo largo del plano ecuatorial de la célula. La primera y
segunda metafase pueden distinguirse con facilidad, en la metafase I las
cromatidas se disponen en haces de cuatro (tétrada) y en la metafase II lo
hacen en grupos de dos (como en la metafase mitótica). Esto no es siempre
tan evidente en las células vivas.
Anafase II
Las cromátidas se separan en sus centrómeros, y un juego de cromosomas se
desplaza hacia cada polo. Durante la Anafase II las cromatidas, unidas a fibras
del huso en sus cinetocóros, se separan y se desplazan a polos opuestos,
como lo hacen en la anafase mitótica. Como en la mitosis, cada cromátida se
denomina ahora cromosoma.
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Telofase II
En la telofase II hay un miembro de cada par homologo en cada polo. Cada
uno es un cromosoma no duplicado. Se reensamblan las envolturas nucleares,
desaparece el huso acromático, los cromosomas se alargan en forma gradual
para formar hilos de cromatina, y ocurre la citocinesis. Los acontecimientos de
la profase se invierten al formarse de nuevo los nucleolos, y la división celular
se completa cuando la citocinesis ha producidos dos células hijas. Las dos
divisiones sucesivas producen cuatro núcleos haploide, cada uno con un
cromosoma de cada tipo. Cada célula resultante haploide tiene una
combinación de genes distinta. Esta variación genética tiene dos fuentes: 1 –
Durante la meiosis, los cromosomas maternos y paternos se barajan, de modo
que cada uno de cada par se distribuye al azar en los polos de la anafase I. 2 se intercambian segmentos de ADN entre los homólogos paternos y maternos
durante el entrecruzamiento.
Variabilidad genética
El proceso de meiosis presenta una vital importancia en los ciclos vitales ya
que hay una reducción del número de cromosomas a la mitad, es decir, de una
célula diploide (ej: 46 cromosomas en el ser humano) se forman células
haploides (23 cromosomas). Esta reducción a la mitad permite que en la
fecundación se mantenga el número de cromosomas de la especie. También
hay una recombinación de información genética, que es heredada del padre y
la madre; el apareamiento de los homólogos y consecuente crossing-over
permite el intercambio de información genética. Por lo tanto el nuevo individuo
hereda información genética unica y nueva, y no un cromosoma íntegro de uno
de sus parientes. Otra característica importante en la significación de la meiosis
para la reproducción sexual, es la segregación al azar de cromosomas
maternos y paternos. La separación de los cromosomas paternos y maternos
recombinados, durante la anafase I y II, se realiza completamente al azar,
hecho que contribuye al aumento de la diversidad genética. En la anafase I, por
cada par de homólogos existen dos posibilidades: un cromosoma puede ir a un
polo mitótico o al otro .
El número de combinaciones posibles por tanto se calcula 2 n donde n es el
número de pares de cromosomas homólogos (variaciones con repetición de n
elementos en grupos de 2). En el ser humano, que tiene 23 pares de
cromosomas homólogos, tiene la posibilidad de recombinación con 2 23 = 8 388
608 combinaciones, sin tener en cuenta las múltiples combinaciones
posibilitadas por la recombinación en el crossing-over.1
Anomalías cromosómicas
En la meiosis debe ocurrir una correcta separación de las cromatidas hacia los
polos durante la anafase, lo que se conoce como disyunción meiotica,
cuando esto no ocurre o hay un retraso en la primera o segunda división
meiotica, conlleva problemas en la configuración de los cromosomas, alterando
el numero correcto de estos, es decir, dejan de ser múltiplos basicos del
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numero haploide original de la especie, lo que se conoce como aneuploidía.
Entre los problemas en el material genético encontramos:



Nulisomía en la que faltan un par de cromosomas homólogos (2n-2
cromosomas)
Monosomía (2n-1 cromosoma)
Trisomía (2n+1 cromosoma)
En los animales sólo son viables monosomías y trisomías. Los individuos
nulisómicos no suelen manifestarse, puesto que es una condición letal en
diploides.
Monosomía


Monosomía autosomática: produce la muerte en el útero.
Síndrome de Turner: solamente un cromosoma X presente en las
mujeres. Los afectados son hembras estériles, de estatura baja y un
repliegue membranoso entre el cuello y los hombros. Poseen el pecho
con forma de escudo y pezones muy separados, así como ovarios
rudimentarios y manchas marrones en las piernas.
Trisomía





56
Síndrome de Down - Trisomía del cromosoma 21: es la aneuploidía más
viable, con un 0,15% de individuos en la población. Es una trisomía del
cromosoma 21, que incluye retraso mental (C.I de 20-50), cara ancha y
achatada, estatura pequeña, ojos con pliegue apicántico y lengua
grande y arrugada.
Síndrome de Patau - Trisomía del cromosoma 13: es una enfermedad
genética que resulta de la presencia de un cromosoma 13
suplementario. Se trata de la trisomía menos frecuente. Se suele asociar
con un problema meiótico materno, más que paterno y como el
síndrome de Down, el riesgo aumenta con la edad de la mujer. Los
afectados mueren poco tiempo después de nacer, la mayoría a los 3
meses, como mucho llegan al año. Se cree que entre el 80-90% de los
fetos con el síndrome no llegan a término.
Síndrome de Edwards - Trisomía del cromosoma 18: se trata de una
enfermedad rara, cromosómica caracterizada por la presencia de un
cromosoma adicional en el par 18. Clínicamente se caracteriza por: bajo
peso al nacer, talla corta, retraso mental, y del desarrollo psicomotor
(coordinación de la actividad muscular y mental), e hipertonía (tono
anormalmente elevado del músculo). Se acompaña de diversas
anomalías viscerales.
Síndrome de Klinefelter - Un cromosoma de X adicional en varones:
produce individuos altos, con físico ligeramente feminizado, coeficiente
intelectual algo reducido, disposición femenina del vello del pubis, atrofia
testicular y desarrollo mamario. Tienen una mezcla de ambos sexos.
Síndrome del XYY - Un cromosoma de Y adicional en varones: en esta
anaploidia, el varón afectado recibe un cromosoma Y adicional. No
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
presenta diferencias a las personas normales y de hecho se duda del
término ―síndrome‖ para esta condición.
Síndrome del triple X - Un cromosoma de X adicional en hembras: está
caracterizada por un cromosoma X adicional en la mujer; quienes
presentan la condición no están en ningún riesgo creciente para los
problemas médicos. Las mujeres con esta condición son altas, de bajo
peso, con irregularidad en el periodo menstrual y rara vez presentan
debilidad mental.
1.2.5.- Reproducción sexual.
En la primera etapa de la reproducción sexual, 'meiosis', el número de
cromosomas es reducido de un número
diploide (2n) a uno haploide (n). Durante
la 'fertilización', los gametos haploides se
unen para formar un cigoto diploide y
restablecer el número original de
cromosomas (2n).
La reproducción sexual o gámica
constituye el procedimiento reproductivo
más habitual de los seres pluricelulares.
Muchos de estos la presentan, no como
un modo exclusivo de reproducción, sino
alternado, con modalidades de tipo
asexual. También se da en organismos
unicelulares, principalmente protozoos y
algas unicelulares.
Se puede definir de tres formas, aceptadas cada una por diversos autores.



57
Reproducción en la que existe singamia (fusión de gametos)
Reproducción en la que interviene un proceso de meiosis (formación de
gametos haploides)
Reproducción en la que interviene un proceso de recombinación
genética (descendencia diferente a la parental)
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Clasificación
Las características morfológicas y funcionales de los gametos permiten
diferenciar dos formas de reproducción sexual: isogámica (tipo de reproducción
sexual en la que intervienen gametos morfológicamente iguales, la transmisión
hereditaria es por via materna) y anisogámica.
La reproducción sexual isogámica se observa en algunas algas, hongos
inferiores y protozoos. En este tipo de reproducción, los gametos tienen el
mismo tamaño, idéntica forma externa y la misma fisiología. Por ello no es
posible denominarlos gameto masculino y femenino, por lo que se emplean los
símbolos + y - en función de su comportamiento.
La reproducción sexual anisogámica o heterogámica es la más frecuente, y la
utilizan la mayoría de los organismos pluricelulares. En ella, los gametos se
diferencian tanto morfológica como fisiológicamente. Uno de ellos es diminuto y
móvil, recibiendo el nombre de gameto masculino o microgameto mientras que
el otro es grande y sedentario y se denomina gameto femenino o
macrogameto. Actualmente con la nueva nomenclatura al microgameto se le
conoce como espermatozoide y al macrogameto, óvulo.
1.2.6.- Ventajas de la reproducción asexual y sexual
Ventajas e inconvenientes de la reproducción asexual
La reproducción asexual en animales y vegetales tiene sus pros y sus contras.
Entre las ventajas biológicas que conlleva están su rapidez de división y su
simplicidad, pues no tienen que producir células sexuales, ni tienen que gastar
energía en las operaciones previas a la fecundación. De esta forma un
individuo aislado puede dar lugar a un gran número de descendientes, por
medios como la formación asexual de esporas, la fisión transversal, o la
gemación; facilitándose la colonización rápida de nuevos territorios. Así,
algunos organismos se reproducen asexualmente cuando los condiciones
ambientales son favorables, mientras que lo hace sexualmente cuando son
adversas.
En cambio, presenta la gran desventaja de producir una descendencia sin
variabilidad genética, clónica, al ser todos genotípicamente equivalentes a su
parental y entre sí. La selección natural no puede "elegir" los individuos mejor
adaptados (ya que todos lo están por igual) y estos individuos clónicos puede
que no logren sobrevivir a un medio que cambie de modo hostil, pues no
poseen la información genética necesaria para adaptarse a este cambio. Por
lo tanto esa especie podría desaparecer, salvo que haya algún individuo
portador de una combinación genética que le permita adaptarse al nuevo
medio.
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Ventajas e inconvenientes de la reproducción sexual.
La reproducción sexual presenta con respecto a la reproducción asexual ciertas
desventajas, entre las que destacan: un gasto energético importante en la
búsqueda y lucha por conseguir pareja, una menor rapidez en la reproducción y
un menor número de descendientes, entre otras.
Por el contrario tienen la ventaja biológica de promover la variación genética
entre los miembros de una especie, ya que la descendencia es el producto de
los genes aportados por ambos progenitores, en vez de ser una copia genética.
Cuanto mayor es la variabilidad genética de un población, mayor es su tasa de
evolución; una población con cantidades considerables de variabilidad genética
puede protegerse frente a futuros cambios ambientales, ya que si éste cambia
puede existir una forma minoritaria que salga favorecida con ello; cada
generación expone nuevas combinaciones alélicas a la selección natural.
1.3.- La herencia.
La herencia genética es la transmisión a través del material genético
contenido en el núcleo celular, de las características anatómicas, fisiológicas,
etc. de un ser vivo a sus descendientes. El ser vivo resultante tendrá caracteres
de uno o los dos padres.
La herencia consiste en la transmisión a su descendencia de los caracteres de
los ascendentes. El conjunto de todos los caracteres transmisibles, que vienen
fijado en los genes, recibe el nombre de genotipo y su manifestación exterior en
el aspecto del individuo el de fenotipo. Se llama idiotipo al conjunto de
posibilidades de manifestar un carácter que presenta un individuo.
Para que los genes se transmitan a los descendientes es necesaria una
reproducción idéntica que dé lugar a una réplica de cada uno de ellos; este
fenómeno tiene un lugar en la mitosis. En el organismo que surge del cigoto, a
medida que va desarrollándose a partir del cúmulo inicial de célula es posible
diferenciar dos estirpes celulares: una línea somática, que dará lugar a los
sistemas orgánicos que mantendrán con vida al organismo, y otra germinal,
que será la encargada de que el organismo se reproduzca.
La mitosis, o división del núcleo de la célula, es un proceso que consta de
cuatro etapas: profase (los cromosomas se espiralizan y hacen visibles,
desaparecen el nucleolo y la membrana nuclear, aparece una serie de
filamentos llamado huso acromático donde se insertan los cromosomas),
metafase (los cromosomas adquieren una forma completa y se disponen en
una zona central llamada placa ecuatorial), anafase ( los cromosomas se
dividen en dos partes, llamadas cromatidios, que emigran hacia los polos) y
telofase (los cromatidios se sitúan en los polos y reaparecen el nucleolo y la
membrana nuclear). Después de esta última fase se produce un periodo
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llamado interfase, en el cual los cromosomas vuelven a hacerse invisibles y los
genes entran en acción.
Lo esencial de la herencia queda establecido en la denominada teoría
cromosómica de la herencia:
1. los genes están situados en los cromosomas.
2. los genes están dispuestos linealmente en los cromosomas.
3. la recombinación de los genes se corresponde con el intercambio de
segmentos cromosómicos.
Críticas a la definición de herencia como herencia genética
La Teoría de los sistemas de desarrollo (DST), se opone a la definición de
herencia como transmisión de genes y aplica el concepto a cualquier recurso
que se encuentre en generaciones sucesivas y que contribuya a explicar por
qué cada generación se parece a la que le precede. Estos recursos incluyen
factores celulares y factores externos como la gravedad o la luz solar. La DST
utiliza, por tanto, el concepto de herencia para explicar la estabilidad de la
forma biológica de una generación a otra.
La genética (del término "Gen", que proviene de la palabra griega γένος y
significa "raza, generación") es el campo de las ciencias biológicas que trata de
comprender cómo la herencia biológica es transmitida de una generación a la
siguiente, y cómo se efectúa el desarrollo de las características que controlan
estos procesos.
Ciencia
La genética es una rama de las ciencias biológicas, cuyo objeto es el estudio
de los patrones de herencia, del modo en que los rasgos y las características
se transmiten de padres a hijos. Los genes se forman de segmentos de ADN
(ácido desoxirribonucleico), la molécula que codifica la información genética en
las células. El ADN controla la estructura, la función y el comportamiento de las
células y puede crear copias casi o exactas de sí mismo.
La herencia y la variación constituyen la base de la Genética.
En la prehistoria, los seres humanos aplicaron sus intuiciones sobre los
mecanismos de la herencia a la domesticación y mejora de plantas y animales.
En la investigación moderna, la Genética proporciona herramientas importantes
para la investigación de la función de genes particulares, como el análisis de
interacciones genéticas. En los organismos, la información genética
generalmente reside en los cromosomas, donde está almacenada en la
secuencia de moléculas de ácido desoxirribonucleico (ADN).
Los genes contienen la información necesaria para determinar la secuencia de
aminoácidos de las proteínas. Éstas, a su vez, desempeñan una función
importante en la determinación del fenotipo final, o apariencia física, del
organismo. En los organismos diploides, un alelo dominante en uno de los
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cromosomas homólogos enmascara la expresión de un alelo recesivo en el
otro.
En la jerga de los genéticos, el verbo codificar se usa frecuentemente para
significar que un gen contiene las instrucciones para sintetizar una proteína
particular, como en la frase el gen codifica una proteína. Ahora sabemos que el
concepto "un gen, una proteína" es simplista y que un mismo gen puede a
veces dar lugar a múltiples productos, dependiendo de cómo se regula su
transcripción y traducción.
La Genética determina buena parte (aunque no totalmente) de la apariencia de
los organismos, incluyendo a los seres humanos. Las diferencias en el
ambiente y otros factores aleatorios son también responsables en parte. Los
gemelos idénticos (o monocigóticos), clones que resultan de la división del
embrión, poseen el mismo ADN pero diferentes personalidades y huellas
dactilares.
Cronología de descubrimientos notables
Historia de la genética
Año
Acontecimiento
1865 Se publica el trabajo de Gregor Mendel
1900
Los botánicos Hugo de Vries, Carl Correns y Eric Von Tschermak
redescubren el trabajo de Gregor Mendel
1903 Se descubre la implicación de los cromosomas en la herencia
1905
El biólogo británico William Bateson acuña el término "Genetics" en
una carta a Adam Sedgwick
1910
Thomas Hunt Morgan demuestra que los genes residen en los
cromosomas
1913 Alfred Sturtevant crea el primer mapa genético de un cromosoma
61
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1918
Ronald Fisher publica On the correlation between relatives on the
supposition of Mendelian inheritance —la síntesis moderna comienza.
1923
Los mapas genéticos demuestran la disposición lineal de los genes
en los cromosomas
1928
Se denomina mutación a cualquier cambio en la secuencia
nucleotídica de un gen, sea esta evidente o no en el fenotipo
1928
Fred Griffith descubre una molécula hereditaria transmisible entre
bacterias (véase Experimento de Griffith)
1931 El entrecruzamiento es la causa de la recombinación
1941
Edward Lawrie Tatum y George Wells Beadle demuestran que los
genes codifican proteínas; véase el dogma central de la Genética
Oswald Theodore Avery, Colin McLeod y Maclyn McCarty demuestran
1944 que el ADN es el material genético (denominado entonces principio
transformante)
Erwin Chargaff demuestra que las proporciones de cada nucleótido
siguen algunas reglas (por ejemplo, que la cantidad de adenina, A,
1950
tiende a ser igual a la cantidad de timina, T). Barbara McClintock
descubre los transposones en el maíz
1952
El experimento de Hershey y Chase demuestra que la información
genética de los fagos reside en el ADN
1953
James D. Watson y Francis Crick determinan que la estructura del
ADN es una doble hélice
1956
Jo Hin Tjio y Albert Levan establecen que, en la especie humana, el
número de cromosomas es 46
1958
El experimento de Meselson y Stahl demuestra que la replicación del
ADN es semiconservativa
1961 El código genético está organizado en tripletes
62
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1964
Howard Temin demuestra, empleando virus de ARN, excepciones al
dogma central de Watson
1970
Se descubren las enzimas de restricción en la bacteria Haemophilius
influenzae, lo que permite a los científicos manipular el ADN
Fred Sanger, Walter Gilbert, y Allan Maxam secuencian ADN por
1977 primera vez trabajando independientemente. El laboratorio de Sanger
completa la secuencia del genoma del bacteriófago Φ-X174
1983
Kary Banks Mullis descubre la reacción en cadena de la polimerasa,
que posibilita la amplificación del ADN
Francis Collins y Lap-Chee Tsui secuencian un gen humano por
1989 primera vez. El gen codifica la proteína CFTR, cuyo defecto causa
fibrosis quística
1990
Se funda el Proyecto Genoma Humano por parte del Departamento
de Energía y los Institutos de la Salud de los Estados Unidos
1995
El genoma de Haemophilus influenzae es el primer genoma
secuenciado de un organismo de vida libre
1996
Se da a conocer por primera vez la secuencia completa de un
eucariota, la levadura Saccharomyces cerevisiae
1998
Se da a conocer por primera vez la secuencia completa de un
eucariota pluricelular, el nematodo Caenorhabditis elegans
2001
El Proyecto Genoma Humano y Celera Genomics presentan el primer
borrador de la secuencia del genoma humano
2003
(14 de abril) Se completa con éxito el Proyecto Genoma Humano con
el 99% del genoma secuenciado con una precisión del 99,99% 1
Subdivisiones de la genética
La genética se subdivide en varias ramas, como:

63
Clásica o mendeliana: Se preocupa del estudio de los cromosomas y
los genes y de cómo se heredan de generación en generación.
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



Cuantitativa, que analiza el impacto de múltiples genes sobre el
fenotipo, muy especialmente cuando estos tienen efectos de pequeña
escala
Molecular: Estudia el ADN, su composición y la manera en que se
duplica. Asimismo, estudia la función de los genes desde el punto de
vista molecular.
de Poblaciones y evolutiva: Se preocupa del comportamiento de los
genes en una población y de cómo esto determina la evolución de los
organismos.
del desarrollo: Se preocupa de cómo los genes controlan el desarrollo
de los organismos
Ingeniería genética
La ingeniería genética es la especialidad que utiliza tecnología de la
manipulación y trasferencia del ADN de unos organismos a otros, permitiendo
controlar algunas de sus propiedades genéticas. Mediante la ingeniería
genética se pueden potenciar y eliminar cualidades de organismos en el
laboratorio. Por ejemplo, se pueden corregir defectos genéticos (terapia
génica), fabricar antibióticos en las glándulas mamarias de vacas de granja o
clonar animales como la oveja Dolly.
1.3.1.- Herencia mendeliana.
LEYES DE MENDEL
Los siete caracteres que
observó G. Mendel en
sus
experiencias
genéticas
con
los
guisantes.
Las Leyes de Mendel (o Genética mendeliana o Reglas de Mendel) son un
conjunto de reglas primarias relacionadas con la transmisión por herencia de
las características que poseen los organismos padres y transmiten a sus hijos;
este mecanismo de herencia tiene su fundamento en la genética. Las leyes se
derivan del trabajo realizado por Gregor Mendel publicado en el año 1865 y el
1866 que fue "re-descubierto" posteriormente en 1900, generando una
controversia. Cuando las leyes de Mendel fueron integradas en la teoría
cromosómica de la herencia de Thomas Hunt Morgan en el año 1915 se puede
decir que pasaron a ser el núcleo de la genética clásica.
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Historia
Las leyes de la herencia fueron derivadas de las investigaciones sobre
hibridación entre plantas realizadas por Gregor Mendel, en el siglo XIX. Entre
los años 1856 y 1863 cultivó y probó cerca de 28,000 plantas del guisante. Sus
experimentos le llevaron a concebir dos generalizaciones que después serían
conocidas como Leyes de Mendel de la herencia o herencia mendeliana. Las
conclusiones se encuentran descritas en su artículo titulado: "Experimentos
sobre hibridación de plantas" que fue leído a la Sociedad de Historia Natural de
Brno el 8 de febrero y el 8 de marzo de 1865 y posteriormente publicado en
1866.1
Los resultados de Mendel fueron prácticamente desconocidos por más de tres
décadas. Incluso el propio Mendel no había detectado la posible aplicabilidad, y
creía que sus leyes sólo podían ser aplicadas a ciertos tipos de especies. En
1900, sin embargo, el trabajo de Mendel fue "re-descubierto" por tres científicos
europeos, Hugo de Vries, Carl Correns, y Erich von Tschermak. La naturaleza
exacta del descubrimiento dio lugar a un intenso debate: De Vries fue el
primero que publicó el tema, y Correns apuntó a la antelación de Mendel tras
haber leído el artículo de De Vries y declaró que el trabajo no era original.
Algunos investigadores posteriores acusaron a Von Tschermak de no haber
comprendido los resultados de Vries y haber juzgado tan severamente.
No obstante el "re-descubrimiento" hizo que el mendelismo reviviera aunque lo
hizo como una teoría controvertida. Su más vigoroso promotor en Europa era
William Bateson, que fue el primero en acuñar el término "genética", "gen", y
"alelo" para describir muchos de los resultados de esta nueva ciencia biológica.
El modelo de herencia fue muy replicado por los otros biólogos debido a que la
herencia era discontinua, en oposición a la aparente continuidad observada en
la naturaleza. Muchos biólogos rechazaron la teoría por no llegar a saber si las
leyes eran aplicables a todas las especies. Algunos trabajos posteriores de
biólogos y estadísticos tales como R.A. Fisher mostraron que los experimentos
realizados por Mendel tenían globalidad en todas las especies, mostrando
ejemplos concretos de la naturaleza. Thomas Hunt Morgan y su asistente
pudieron integrar en el modelo teórico de Mendel con la teoría cromosómica de
la herencia, en la que los cromosomas de unas células se investigaron
detenidamente hasta poder comprobar los mecanismos de herencia, creando
así lo que se denomina genética clásica, lo que hizo que la teoría de Mendel se
cimentara un lugar en la historia.
Leyes de Mendel
Ley de la Uniformidad de la primera Generación Filial
Conocida también como Primera Ley de Mendel. Se formula diciendo que, al
cruzar dos variedades cuyos individuos tienen razas puras ambos para un
determinado carácter (por ejemplo, un genotipo es AA o aa), todos los híbridos
de la primera generación son similares fenotípicamente. Es un error muy
extendido suponer que la uniformidad de los híbridos es una ley de transmisión,
pues la dominancia nada tiene que ver con la transmisión, sino con la
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expresión del genotipo. Por lo que esta observación mendeliana no suele
considerarse una ley. Las leyes mendelianas de transmisión son por lo tanto
dos: la Ley de segregación de caracteres independientes (1ª ley) y la Ley de la
Herencia Independiente de Caracteres (2ª ley).
Se puede poner un ejemplo con guisantes amarillo con genotipo de raza pura y
otra variedad de guisantes con piel de color verde , la separación en gametos
hace que cada descendiente posea como genotipo , Mendel observó además
que la forma en que se mostraba esta nueva generación era con todos los
guisantes amarillos (igual fenotipo). Esta es la razón por la que se denomina
también a esta ley: Uniformidad de los híbridos de la primera generación
Se cumple la primera ley de Mendel en los cruzamientos en los que hay una
herencia intermedia o sin dominancia, los individuos heterocigotos para cierta
característica expresan una "condición intermedia" de los dos genes alelos. Por
ejemplo: al cruzar dos plantas de líneas puras, una con flores rojas:AA y otras
con flores blancas: aa, la generación filial uno será 100% heterocigota y 100%
plantas con flores rosadas.
Ley de la segregación de caracteres independientes
Conocida también como Segunda Ley de Mendel o de la separación o
disyunción de los alelos. Esta segunda ley establece que durante la formación
de los gametos cada alelo de un par se separa del otro miembro para
determinar la constitución genética del gameto filial. Es muy habitual
representar las posibilidades de hibridación mediante un cuadro de Punnett.
G. Mendel obtuvo esta ley al cruzar diferentes variedades obtenidas de la
anterior ley, pudo observar en sus experimentos que obtenía muchos guisantes
con características de piel amarilla y otros (menos) con caraterísticas de piel
verde, pudo comprobar que la proporción era de 3:4 de color amarilla y 1:4 de
color verde.
La segregación asegura que en los gametos, los caracteres se separan y
aparecen de acuerdo a como se organizan de generación en generación. La
aparición siempre se hace una vez por generación y siempre los caracteres se
separan por pares.
Ley de la Herencia Independiente de Caracteres
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También denominada como Tercera ley de Mendel o ley de la herencia
independiente de caracteres. Contempla la posibilidad de investigar dos
caracteres distintos (por ejemplo: tipo de hoja y longitud del tallo, color de ojos
y color de pelo, etc.). Cada uno de ellos se transmite a las siguientes
generaciones, siguiendo las leyes anteriores con completa independencia de la
presencia del otro carácter.
Patrones de Herencia Mendeliana Mendel describió dos tipos de "factores"
(genes) de acuerdo a su expresión fenotípica en la descendencia, los
dominantes y los recesivos, pero existe otro factor a tener en cuenta en el
humano y es el hecho de que los individuos de sexo femenino tienen dos
cromosomas XX mientras los masculinos tienen un cromosoma XY, con lo cual
quedan conformados 4 modos o "patrones" según los cuales se puede trasmitir
una mutación simple:
1. Gen dominante ubicado en un autosoma (herencia autosómica
dominante)
2. Gen recesivo ubicado en un autosoma (herencia autosómica recesiva)
3. Gen dominante situado en el cromosoma X (herencia dominante ligada
al X)
4. Gen recesivo situado en el cromosoma X (herencia recesiva ligada al
cromosoma X)
¿Por qué no se menciona la herencia de los genes situados en el cromosoma
Y? Estructura génica del cromosoma Y Concepto de hemicigótico Por tener un
solo cromosoma X, a los individuos de sexo masculino no se les pueden aplicar
los términos "homocigoto" o "heterocigoto" para genes ubicados en este
cromosoma. "YA SEAN GENES QUE EXPRESEN EL CARACTER
DOMINANTES O RECESIVOS, SI ESTÁN SITUADOS EN EL CROMOSOMA
X LOS VARONES SIEMPRE LO EXPRESARÁN Y AL INDIVIDUO QUE LO
PORTA SE LE DENOMINA HEMICIGOTO" De lo anterior se deduce que
puesto que las mujeres tienen un solo tipo de cromosomas sexuales, el X, sus
gametos siempre tendrán la dotación cromosómica 23,X, mientras los
masculinos pueden portar una X, dando lugar a un individuo femenino, o una Y,
con lo que se originaría un individuo masculino. Debido a esto se dice que las
mujeres son homogaméticas (todos sus gametos tienen igual constitución) y
que los hombres son heterogaméticos (tienen gametos 23,X y 23,Y). Efecto de
la inactivación del cromosoma X en la expresión de genes localizados en el
cromosoma X. A diferencia del cromosoma Y, el X tiene gran cantidad de
genes activos que codifican para importantes productos, tales como el factor
VIII de la coagulación. Podría pensarse, por tanto, que si las mujeres tienen
dos X deben tener el doble de los productos o enzimas cuyos genes están en
ese cromosoma con relación a los individuos del sexo masculino, sin embargo,
esto no ocurre así pues de los dos X con que cuenta una célula femenina, muy
temprano en el desarrollo embrionario, en el estadía de mórula, uno de ellos se
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condensa, se inactiva se adosa a la membrana nuclear pasando a constituir el
cuerpo de Barr. Hay dos aspectos muy importantes en este proceso: 1. Se
inactiva al azar cualquiera de las dos X, ya sea la heredada de la madre o del
padre 2. Las células que deriven de esta durante el proceso de crecimiento y
desarrollo mantendrán en lo adelante inactivado el mismo cromosoma X El
árbol genealógico como instrumento de estudio de la herencias en el humano.
Simbología para la realización del árbol genealógico. Confección del Arbol
Genealógico . Como en cualquier otra especialidad médica, en Genética
adquiere enorme importancia el interrogatorio el individuo enfermo y sus
familiares, pero, adicionalmente, en Genética es vital establecer los lazos de
parentesco entre los individuos afectados y los supuestamente sanos, por eso
se utiliza el llamado "árbol genealógico" o pedigree en el que mediante
símbolos internacionalmente reconocidos se describe la composición de una
familia, los individuos sanos y enfermos, así como el número de abortos,
fallecidos etc. En la siguiente figura se muestran los principales símbolos.
Herencias dominantes, (autosómicas y ligadas al cromosoma X) Cuando el gen
productor de una determinada enfermedad o característica se expresa aún
estando en una sola dosis se denomina Dominante y las familias donde se
segrega muestran un árbol genealógico en que, como regla, hay varios
individuos que lo expresan y los afectados tienen un progenitor igualmente
afectado- No obstante, hay diferencias de acuerdo a si el gen está ubicado en
un autosoma o en el cromosoma X
Herencia Autosómica dominante:
Compruebe que se cumplen los siguientes hechos: -Varios individuos
afectados -Los afectados son hijos de afectados -Se afectan por igual hombres
y mujeres -Como regla, la mitad de la descendencia de un afectado hereda la
afección. -Los individuos sanos tienen hijos sanos. -Hay hombres afectados
hijos de hombres afectados (lo cual excluye la posibilidad de que el gen
causante de la afección está ubicado en el cromosoma X, que en los varones
procede de la madre) -El patrón ofrece un aspecto vertical Son estos
precisamente los criterios que debemos definir ante un árbol genealógico para
plantear como modo de herencia el autosómico dominante. En este caso los
individuos afectados son usualmente heterocigóticos y tienen un riesgo del
50% en cada intento reproductivo de que su hijo herede la afección
independientemente de su sexo. Herencia dominante ligada al X Aunque el gen
sea dominante, si está ubicado en el cromosoma X, el árbol genealógico suele
mostrar algunas diferencias con respecto al de la herencia autosómica
dominante. Observe el siguiente árbol:
-Aunque los afectados usualmente son hijos de afectados y la mitad de la
descendencia presenta la afección, no podemos identificar varones que hayan
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heredado la afección de su padre, o sea, no hay trasmisión varón-varón, puesto
que los padres dan a sus hijos el cromosoma Y. -Igualmente llama la atención
que hay un predominio de mujeres afectadas pues mientras estas pueden
heredar el gen de su madre o de su padre, los varones sólo lo adquieren de su
madre. -Una mujer afectada tendrá el 50% de su descendencia afectada,
mientras que el hombre tendrá 100% de hijas afectadas y ningún hijo afectado.
Herencias recesivas, autosómicas y ligadas al cromosoma X. Cuando el gen
causante de la afección es recesivo, por regla general el número de afectados
es mucho menor y suele limitarse a la descendencia de una pareja, pero es
más evidente la diferencia en la trasmisión según la mutación esté situada en
un autosoma o en el cromosoma X. Herencia autosómica recesiva. Observe
detenidamente el siguiente árbol genealógico:
Llama la atención la aparición de un individuo afectado fruto de dos familias sin
antecedentes previos. Esto ocurre pues ambos padres de este individuo son
heterocigóticos para la mutación, la cual, por ser recesiva, no se expresa ya
que existe un alelo dominante normal, pero, como estudiamos en las leyes de
Mendel, existe un 25% en cada embarazo, de que ambos padres trasmitan el
alelo mutado, independientemente del sexo del nuevo individuo. Por aparecer
usualmente en la descendencia de un matrimonio, se dice que su patrón es
horizontal. Otro aspecto a señalar es que cuando existe consanguinidad,
aumenta la probabilidad de aparición de este tipo de afecciones, debido a que
ambos padres comparten una parte de su genoma proporcional al grado de
parentesco entre ellos.
Herencia recesiva ligada al X Observe el siguiente árbol genealógico:
Es evidente que los individuos afectados son todos del sexo masculino; esto se
justifica porque al tener la mujer dos X y ser el gen recesivo, el alelo dominante
normal impide su expresión, mientras el varón Hemicigótico si tiene la mutación
la expresará. También se observa que entre dos varones afectados existe una
mujer, que en este caso es portadora de la mutación. La probabilidad de
descendencia afectada dependerá del sexo del progenitor que porta la
mutación: -Un hombre enfermo tendrá 100% de hijas portadoras y 100% de
hijos sanos. -Una mujer portadora tendrá 50% de sus hijas portadoras y 50%
de hijos varones afectados.
1.3.2.- Herencia posmendeliana y 1.3.3.- Teoría cromosómica
Confirmación de las leyes de Mendel
Los trabajos de Mendel, aunque fueron publicados, permanecieron ignorados
durante mucho tiempo. En 1900, el holandés De Vries, el alemán Correns y el
austríaco Tschermak, por separado, y sin conocer los trabajos de Mendel,
llegaron a las mismas conclusiones que él. Al descubrir las publicaciones
previas de Mendel reconocieron su prioridad y publicaron sus conclusiones
como meras confirmaciones.
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Los genes y los cromosomas:


Teoría cromosómica de la herencia, de Sutton y Boveri. También por
separado, propusieron que los factores hereditarios (genes) se
encontraban en los cromosomas. Al igual que para un carácter, el
número de cromosomas también es doble, cada uno heredado de un
progenitor (cromosomas homólogos). Durante la meiosis se separan y
cada uno va a un gameto, tal y como lo propuso Mendel. Esta teoría
enlazaba la citología con la genética. Se observó que existían
cromosomas homólogos, parejas de cromosomas idénticos o
autosomas, y una pareja de cromosomas distintos denominados
heterocromosomas o cromosomas sexuales (X e Y).
Los genes ligados: en 1911, T. H. Morgan propuso que los genes
estaban en los cromosomas, y que, por lo tanto, los genes que se
encontraban en el mismo cromosoma tienden a heredarse juntos,
proponiendo para ellos el término «genes ligados». Según Morgan, los
genes están en los cromosomas, su disposición es lineal, uno detrás de
otro, y mediante el entrecruzamiento de las cromátidas homólogas se
produce la recombinación genética.
Selección artificial
Desde la Antigüedad se creía que los
características intermedias de sus progenitores.
descendientes
presentaban
Durante siglos, el hombre ha realizado cruzamientos experimentales para
seleccionar plantas y animales y así obtener los mejores rendimientos. Este
proceso se conoce como selección artificial, pero no se conocía su
mecanismo.
Gregor Johan
(1822-1884)
70
Mendel
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Recombinación de genes ligados
Recombinación de genes ligados: esquema de la recombinación en la
formación de gametos de una hembra w+m+/wm.
w+: ojos normales
w+: «white», ojos blancos
w: alas normales m: «miniaturas», alas reducidas
1.3.4.- Herencia ligada al sexo.
La herencia ligada al sexo ocurre en aquellos organismos donde uno de los
sexo contiene un par de heterocromosomas desiguales, como por ejemplo el X
e Y que están involucrados en la determinación sexual. Los genes que llevan
estos cromosomas van a codificar para características ligadas al sexo.
Una de las primeras evidencias de la herencia ligada al sexo fué dada por
Thomas H. Morgan cerca de 1920 durante sus estudios del color de ojos en
Drosophila.
En las moscas el color normal de los ojos es rojo y
es dominante sobre el color blanco. Morgan en su
trabajo estableció que el patrón de herencia del
color de los ojos blancos era una característica
ligada al sexo , es decir, el gen correspondiente
se encontraba localizado en el heterocromosoma
X.
A diferencia de los resultados de un típico cruce
monohibrido, cruces recíprocos entre moscas de
ojos rojos y blancos no dieron resultados
idénticos.
En contraste con todos los cruces de monohíbridos realizados por Mendel,
donde los resultados eran independientes del sexo del padre portador de la
característica mutante, los resultados de sus cruces recíprocos entre moscas
de ojos blancos con moscas de ojos rojos dieron fenotipos diferentes en ambas
generaciones la F1 y F2.
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Los resultados obtenidos por
Morgan lo llevaron a la conclusión
que el locus para el color de ojos
se encontraba en el cromosoma X.
Las interpretaciones de Morgan
mostraban que debido a que el
macho carece de un cromosoma
X, cualquier alelo presente en su
único
cromosoma
X
será
directamente expresado en el
fenotipo (Figura 1.2).
Los machos no presentan homocigosis o heterocigosis para aquellos genes
localizados en el heterocromosoma X pero ausentes en el Y, entonces se habla
de hemicigosis.
Herencia ligada al sexo en seres humanos
En seres humanos se han identificado algunos genes que se encuentran
localizados en los heterocromosomas, y por lo tanto se trata de herencia ligada
al sexo. Por ejemplo, el gen que codifica para el daltonismo y la hemofilia se
encuentra localizado en el heterocromosoma X.
La herencia de las características ligadas al sexo se pueden identificar a través
de análisis de pedigree.
La figura 3 muestra el árbol genealógico de la reina Victoria de Inglaterra donde
se observa como la hemofilia
afecta
a
varios
de
sus
descendientes.
Varios aspectos interesantes de
este árbol ayudan a confirmar el
tipo de herencia que presenta
esta característica. Primero, la
Hemofilia
"se
salta"
generaciones.
Aunque
el
integrante de la familia real Alexis
(1904-1918) era hemofílico, sus
padres sus abuelos no lo eran.
Esto mismo ocurre en diversos
lugares del árbol genealógico lo
que indica un tipo de herencia
recesiva.
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Observando
la
figura
se
encuentra
que
todos
los
individuos
afectados
son
varones,
lo
que
sugiere
claramente
que
el
gen
responsable de la hemofilia
estaría ligado al sexo.
Los hombres son hemicigotos.
Por lo tanto se espera que el
fenotipo de un carácter recesivo
ligado al sexo sea más frecuente
en los hombres que en las
mujeres, ya que los hombres no
poseen un segundo cromosoma X que pueda llevar el alelo normal.
Si este tipo de herencia es correcto, se pueden realizar varias predicciones.
Primero, puesto que todos los varones obtienen el cromosoma X de su madre,
los varones afectados han de ser descendientes de mujeres portadoras
(heterocigotas). Una mujer es portadora si su padre presenta la enfermedad,
pero si su padre no posee la enfermedad, su madre entonces debe ser la
portadora. El árbol muestra lo correcto de estas predicciones.
El carácter no se transmite de padre a hijo en ningún lugar del árbol debido a
que él aporta el cromosoma Y, no el X que es donde se lleva la enfermedad.
Cuando una característica se transmite a través del heterocromosoma Y se
habla de herencia holándrica.
Otro aspecto interesante de este árbol es que no hay indicios de la enfermedad
en antepasados de la Reina Victoria, aunque ella era heterocigota, pues tuvo
un hijo afectado y dos hijas portadoras. Así pues, uno de los cromosomas X de
la Reina Victoria tenía el alelo de la hemofilia, a pesar de que su padre era
hemicigoto normal. Esto se puede explicar suponiendo que hubo un cambio
(mutación) en uno de los gametos que originaron a la reina Victoria.
1.3.5.- Mutaciones.
En genética y biología, una mutación es una alteración o cambio en la
información genética (genotipo) de un ser vivo y que, por lo tanto, va a producir
un cambio de características, que se presenta súbita y espontáneamente, y
que se puede transmitir o heredar a la descendencia. La unidad genética capaz
de mutar es el gen que es la unidad de información hereditaria que forma parte
del ADN. En los seres multicelulares, las mutaciones sólo pueden ser
heredadas cuando afectan a las células reproductivas.
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Historia
El primero en utilizar el término mutación fue Hugo de Vries en 1901, pero él lo
aplicó a cambios bruscos en los caracteres de una especie, al observar cómo
inesperadamente entre la descendencia de una planta llamada Oenothera
lamarckiana había una gigante.
Las investigaciones de Thomas Hunt Morgan en la mosca Drosophila
mostraron que existen numerosas mutaciones que pueden provocar cambios
tan pequeños que son difícilmente apreciables. Desde entonces, el concepto
de mutación no se restringe a los cambios bruscos, sino a cualquier cambio
heredable del fenotipo. En concreto, las variaciones alélicas de los genes (color
de los guisantes, forma de las crestas de las gallinas, color del pelo del ratón,
etc.) son mutaciones del gen más primitivo en la especie, que suele llamarse
gen silvestre.
Aunque la replicación del ADN es muy precisa, no es perfecta. Algunas raras
veces se producen errores, y el ADN nuevo contiene uno o más nucleótidos
cambiados. Un error de este tipo, que recibe el nombre de mutación, puede
tener lugar en cualquier zona del ADN. Las mutaciones fueron descritas por
primera vez en 1901 por uno de los redescubridores de Mendel, el botánico
holandés Hugo De Vries.
Si esto se produce en la secuencia de nucleótidos que codifica un polipéptido
particular, éste puede presentar un aminoácido cambiado en la cadena
polipeptídica. Esta modificación puede alterar seriamente las propiedades de la
proteína resultante. Cuando se produce una mutación durante la formación de
los gametos, ésta se transmitirá a las siguientes generaciones.
La mayoría de las mutaciones genéticas son perjudiciales para el organismo
que las porta. Una modificación aleatoria es más fácil que deteriore y que no
mejore la función de un sistema complejo como el de una proteína. Por esta
razón, en cualquier momento, el número de sujetos que portan un gen mutante
determinado se debe a dos fuerzas opuestas: la tendencia a aumentar debido a
la propagación de individuos mutantes nuevos en una población, y la tendencia
a disminuir debido a que los individuos mutantes no sobreviven o se
reproducen menos que sus semejantes. Varias actuaciones humanas
recientes, como la exposición a los rayos X con fines médicos, los materiales
radiactivos y las mutaciones producidas por compuestos químicos, son
responsables de su aumento.
Por lo general, las mutaciones son recesivas, sus efectos perjudiciales no se
expresan a menos que dos de ellos coincidan para dar lugar a una situación
homocigótica. Esto es más probable en la procreación consanguínea, en el
apareamiento de organismos muy relacionados que pueden haber heredado el
mismo gen mutante recesivo de un antecesor común. Por esta razón, las
enfermedades hereditarias son más frecuentes entre los niños cuyos padres
son primos que en el resto de la población.
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Tipos de mutación según sus consecuencias
Las consecuencias fenotípicas de las mutaciones son muy variadas, desde
grandes cambios hasta pequeñas diferencias tan sutiles que es necesario
emplear técnicas muy elaboradas para su detección. Todas las clasificaciones
son imperfectas, pero podemos hacer un intento primario:
Mutaciones morfológicas
Afectan al fenotipo del individuo. porque va hacer marico
Mutaciones letales
Producen la muerte del individuo. Suelen ocurrir en genes esenciales,
imprescindibles para la supervivencia. Por el daño producido en su mutación el
gen muere.
Mutaciones condicionales
Son aquellas que sólo presentan un fenotipo en ciertas condiciones
determinadas, por ejemplo, de temperatura (mutaciones termosensibles y
criosensibles).
Mutaciones bioquímicas
Pérdida o cambio de alguna función bioquímica, como una actividad
enzimática. Por ejemplo, los mutantes auxótrofos no pueden crecer en medio
mínimo.
Mutaciones de pérdida de función
Cuando desaparece alguna función. Suelen ser recesivas.
Mutaciones de ganancia de función
Cuando ocurre un cambio en el ADN, lo más normal es que corrompa algún
proceso normal del ser vivo. Sin embargo, existen raras ocasiones donde una
mutación puede producir una nueva función al gen, generando un fenotipo
nuevo. Si ese gen mantiene la función original, o si se trata de un gen
duplicado, puede dar lugar a un primer paso en la evolución.
Tipos de mutación según el mecanismo causal
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Mutación de ADN
Según el mecanismo que ha
provocado el cambio en el
material genético, se suele
hablar de tres tipos de
mutaciones:
mutaciones
cariotípicas o genómicas,
mutaciones cromosómicas y
mutaciones
génicas
o
moleculares.
Hay
una
tendencia actual a considerar
como mutaciones en sentido
estricto solamente las génicas,
mientras que los otros tipos
entrarían en el término de
aberraciones cromosómicas.
Mutaciones génicas o moleculares
Son las mutaciones que alteran la secuencia de nucleótidos del ADN. Entre las
mutaciones puntuales podemos distinguir:


76
Mutación por sustitución de bases: Se producen al cambiar en una
posición un par de bases por otro (son las bases nitrogenadas las que
distinguen los nucleótidos de una cadena). Distinguimos dos tipos que
se producen por diferentes mecanismos bioquímicos:
o Mutaciones transicionales, cuando un par de bases es
sustituido por su alternativa del mismo tipo. Las dos bases púricas
son adenina (A) y guanina (G), y las dos pirimídicas son citosina
(C) y timina (T). La sustitución de un par AT, por ejemplo, por un
par GC, sería una transición.
o Mutaciones transversionales, cuando un par de bases es
sustituida por otra del otro tipo. Por ejemplo, la sustitución del par
AT por TA o por CG.
Mutaciones de corrimiento estructural, cuando se añaden o se quitan
pares de nucleótidos alterándose la longitud de la cadena. Si se añaden
o quitan pares en un número que no sea múltiplo de tres (es decir si no
se trata de un número exacto de codones), las consecuencias son
especialmente graves, porque a partir de ese punto, y no sólo en él, toda
la información queda alterada. Hay dos casos:
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o
o
Mutación por pérdida o deleción de nucleótidos: En la
secuencia de nucleótidos se pierde uno y la cadena se acorta en
una unidad.
Mutación por inserción de nuevos nucleótidos: Dentro de la
secuencia del ADN se introducen nucleótidos adicionales,
interpuestos
entre
los
que
ya
había,
alargándose
correspondientemente la cadena.
Mutaciones cromosómicas
Son los cambios en la estructura interna de los cromosomas estas pueden ser
las que suponen pérdida o duplicación de segmentos o partes del cromosoma:
como fisión que es la perdida de algun brazo del cromosoma o como fusión
que es la unión de dos cromosomas formando uno solo.
Estructurales
Se dividen en dos tipos: a)-Deleción cromosómica: Es la pérdida de un
segmento de un cromosoma. - Duplicación cromosómica: Es la repetición de un
segmento del cromosoma. b) Las que suponen variaciones en la distribución de
los segmentos de los cromosomas. - Inversiones: Un segmento cromosómico
de un cromosoma se encuentra situado en posición invertida. - Traslocaciones:
Un segmento cromosómico de un cromosoma se encuentra situado en otro
cromosoma homólogo o no.
Son las mutaciones que afectan a la secuencia de los hipotéticos fragmentos
en que podría subdividirse transversalmente un cromosoma. Muchas de ellas
son apreciables al microscopio gracias a la ―técnica de bandas‖ con la que se
confecciona el cariotipo. Sobre las mutaciones cromosómicas encontramos:





Mutación por inversión de un fragmento cromosómico. Es el cambio
de sentido de un fragmento del cromosoma.
Mutación por deleción o pérdida de un fragmento cromosómico.
Mutación por duplicación de un fragmento cromosómico. Suelen
estar asociadas casi siempre con deleciones en otro cromosoma.
Mutación por translocación de un fragmento cromosómico. Es decir
por un cambio en la posición de un fragmento cromosómico.La
translocación puede ocurrir en un solo cromosoma, entre cromosomas
homólogos o entre cromosomas diferentes.
Mutación por Isocromosomas. Cuando el centrómero se divide
transversalmente en lugar de longitudinalmente
Numéricas
Son las mutaciones que afectan al número de cromosomas o todo el genoma.

77
Poliploidía: Es la mutación que consiste en el aumento del número
normal de ―juegos de cromosomas‖ . Los seres poliploides pueden ser
autopoliploides, si todos los juegos proceden de la misma especie, o
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alopoliploides, si proceden de la hibridación, es decir, del cruce de dos
especies diferentes.

Haploidía: Son las mutaciones que provocan una disminución en el
número de juegos de cromosomas.

Aneuploidía: Son las mutaciones que afectan sólo a un número de
ejemplares de un cromosoma o más, pero sin llegar a afectar al juego
completo. Las aneuploidías pueden ser monosomías, trisomías,
tetrasomías, etc, cuando en lugar de dos ejemplares de cada tipo de
cromosomas, que es lo normal, hay o sólo uno, o tres, o cuatro, etc.
Entre las aneuplodías podemos encontrar diferentes tipos de trastornos
genéticos en humanos como pueden ser:

o
o
o
o
o
o
Trisomía 21 o Síndrome de Down que tienen 47 cromosomas.
Trisomía 18 o Síndrome de Edwards. También tienen 47
cromosomas.
Monosomía X o Síndrome de Turner.
Trisomía sexual XXX o Síndrome del triple X.
Trisomía sexual XXY o Síndrome de Klinefelter.
Trisomía sexual XYY o Síndrome del doble Y.
Puntuales
Tales mutaciones recurrentes alteran la secuencia de ADN sustituyendo una
base nucleotídica por otra.Las sustituciones se clasifican en (1) transiciones,
cuando se sustituye una purina por purina (A <--> G) o una pirimidina por
pirimidina (C <--> T); (2) transversiones, cuando se sustituye una pirimidina por
una purina o viceversa (T o C <--> G o A).



mutaciones no sinónimas:Las sustituciones nucleotídicas que cambian
un aminoácido por otro .
mutaciones sinónimas:La mutación altera la base situada en la tercera
posición del codón pero no causa sustitución aminoacídica.
mutaciones neutras:La mutación silenciosa se refiere a aquellas
presentes en sitios no codificantes del genoma.
Ninguno de los agentes mutágenos produce mutaciones específicas. Entre los
efectos de las mutaciones encontramos:

78
Efectos Nocivos: Son especialmente peligrosas en los gametos,
cigotos o células de un embrión del que pueden surgir individuos u
órganos anómalos. Si afecta a células en continua división puede surgir
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
un cáncer, al alterar los oncogenes o los genes supresores. La mayoría
de las mutaciones son letales, pero también pueden producir numerosas
enfermedades hereditarias, congénitas y enfermedades crónicas en el
adulto. Muchos de los contaminantes ambientales son agentes
mutagénicos que no sólo afectan al ser humano sino también a los
componentes biológicos de los ecosistemas, provocando en muchos
casos severos desequilibrios y daños permanentes.
Beneficiosos: Las mutaciones pueden inducir cambios que adaptan los
seres vivos al medio ambiente. Una sustitución de un nucleótido en la
secuencia del ADN puede pasar desapercibida, pero también puede
producir alteraciones importantes en la función biológica de una
proteína. Las mutaciones nuevas tienen mayor probabilidad de ser
perjudiciales que beneficiosas en los organismos, y esto se debe a que
son eventos aleatorios con respecto a la adaptación, es decir, el que
ocurra o no una mutación particular es independiente de las
consecuencias que puedan tener en sus portadores.
Las tasas de mutación han sido medidas en una gran variedad de organismos.
En mamíferos la tasa de mutación de 1 en 2.2 * 109 bases núcleotídicas 1 ,
mientras que, en el otro extremo de la escala los virus de ARN tienen una tasa
de mutación del orden de 1 en 1062 . La cantidad de mutaciones tiene relación
con el tipo de enzima involucrada en la copia del material genético. Esta
enzima (ADN o ARN Polimerasa, según el caso) tiene distintas tasas de error y
esto incide directamente en el número final de mutaciones. A pesar de que la
incidencia de las mutaciones es relativamente grande en relación con el
número de organismos de cada especie, la evolución no depende solo de las
mutaciones que surgen en cada generación, sino de la interacción de toda esta
acumulación de variabilidad con la selección natural y la deriva genética
durante la evolución de las especies.
Mutaciones espontáneas o inducidas
Las mutaciones pueden ser espontáneas o inducidas. Las primeras son
aquellas que surgen normalmente como consecuencia de errores durante el
proceso de replicación del ADN. Tales errores ocurren con una probabilidad de
10 ^ -7 en células haploides y 10 ^ -14 en diploides. Las mutaciones inducidas
surgen como consecuencia de la exposición a mutágenos químicos o
biológicos o a radiaciones. Entre los mutágenos químicos se pueden citar los
análogos de bases del ADN (como la 2-aminopurina), moléculas que se
parecen estructuralmente a las bases púricas o pirimidínicas pero que
muestran propiedades de apareamiento erróneas; los agentes alquilantes como
la nitrosoguanidina, que reacciona directamente con el ADN originando
cambios químicos en una u otra base y produciendo también apareamientos
erróneos; y, por último, los agentes intercalantes como las acridinas, que se
intercalan entre 2 pares de bases del ADN, separándolas entre sí.
Como mutágenos biológicos podemos considerar la existencia de transposones
o virus capaces de integrarse en el genoma. Por último, las radiaciones
ionizantes (rayos X, rayos cósmicos y rayos gamma) y no ionizantes (sobre
todo la radiación ultravioleta) también inducen mutaciones en el ADN; las
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primeras se originan por los radicales libres que reaccionan con el ADN
inactivándolo, y las segundas aparecen como consecuencia de la formación de
dímeros de pirimidina en el ADN, es decir, como consecuencia de la unión
covalente de 2 bases pirimidínicas adyacentes.
Mutaciones y polimorfismos
Las mutaciones pueden considerarse patológicas o anormales, mientras que
los polimorfismos son variaciones normales en la secuencia del ADN entre
unos individuos a otros y que superan el uno por ciento en la población, por lo
que no puede considerarse patológico. La mayoría de los polimorfismos
proceden de mutaciones silentes.
Mutación y evolución
Las mutaciones son la materia prima de la evolución. La evolución tiene lugar
cuando una nueva versión de un gen, que originalmente surge por una
mutación, aumenta su frecuencia y se extiende a la especie gracias a la
selección natural o a tendencias genéticas aleatorias (fluctuaciones casuales
en la frecuencia de los genes). Antes se pensaba que las mutaciones dirigían la
evolución, pero en la actualidad se cree que la principal fuerza directora de la
evolución es la selección natural, no las mutaciones. No obstante, sin
mutaciones las especies no evolucionarían.
La selección natural actúa para incrementar la frecuencia de las mutaciones
ventajosas, que es como se produce el cambio evolutivo, ya que esos
organismos con mutaciones ventajosas tienen más posibilidades de sobrevivir,
reproducirse y transmitir las mutaciones a su descendencia.
La selección natural actúa para eliminar las mutaciones desventajosas; por
tanto, está actuando continuamente para proteger a la especie de la
decadencia mutacional. Sin embargo, la mutación desventajosa surge a la
misma velocidad a la que que la selección natural la elimina, por lo que las
poblaciones nunca están completamente limpias de formas mutantes
desventajosas de los genes. Esas mutaciones que no resultan ventajosas
pueden ser el origen de enfermedades genéticas que pueden transmitirse a la
siguiente generación.
La selección natural no actúa sobre las mutaciones neutrales, pero las
mutaciones neutrales pueden cambiar de frecuencia por procesos aleatorios.
Existen controversias sobre el porcentaje de mutaciones que son neutrales,
pero generalmente se acepta que, dentro de las mutaciones no neutras, las
mutaciones desventajosas son mucho más frecuentes que las mutaciones
ventajosas. Por tanto, la selección natural suele actuar para reducir el
porcentaje de mutaciones al mínimo posible; de hecho, el porcentaje de
mutaciones observado es bastante bajo.
1.4.- La genética del siglo XXI.
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Hoy en día, se ve como la ciencia va progresando y junto con ella el deseo del
hombre de crecer, alcanzar y superar a Dios. Escuchar esto es triste y hasta a
veces confuso, es algo que nos cuesta entender, ¿ Como el hombre,la propia y
perfecta creación de Dios quiere crear un mundo nuevo y lleno de seres
hechos con sus propias manos? Es que a caso ¿ No somos colaboradores de
este Reino Divino?
Analizar esta etapa de la velocidad, de la ciencia, de la tecnología, de lo
deslumbrante y de tantas cosas más, nos hacen tener muchos interrogantes,
muchas confusiones, dudas y también grandes sorpresas.
Tomar conciencia de este progreso científico es muy importante. Debemos
saber que la ciencia y su desarrollo no esta en un futuro lejano, es más, camina
a nuestro lado, a veces de la mano y otras con pasos mucho más acelerados.
Tenemos que saber que es lo bueno y lo malo que tiene.
Al hablar en el colegio sobre este tema, que surge a partir de la Bioética,
pudimos conocer un poquito más de todo aquello que comprende o trata la
ciencia. A partir de ese momento decidimos conocer un poco mas sobre el
congelamiento de embriones, producto del progreso científico. Un tema muy
amplio e importante, que para muchos le es indiferente y si no, un avance más
para el mundo científico.
Al no tener mucho conocimiento del congelamiento de embriones, quisimos
desarrollarlo, sacarnos las dudas y profundizarlo para poder darlo a conocer y
para defendernos en aquellas onversaciones referidas al tema. Y de esta forma
contestar nuestro principal interrogante, que es saber cuál es la finalidad de
este proceso.
Para alcanzar nuestros objetivos y encontrar una respuesta a nuestra pregunta
tuvimos que realizar una investigación bibliográfica muy amplia,ya que
empleamos libros, enciclopedias, revistas, periódicos e Internet. De estas
fuentes, pudimos obtener mucha información, la cual fuimos resumiendo y
relacionando con la actualidad, con la Iglesia, con al Ley, etc. Para que esa
relación sea mas completa, realizamos encuestas a treinta hombres y mujeres
de distintas edades (20años para arriba)y diferentes ocupaciones.
Fue un trabajo que significo esfuerzo, sacrificio y satisfacción. Y que no finalizó
en un punto, sino en el deseo de que todos puedan conocer un poco mas de la
ciencia, principalmente del congelamiento de embriones.
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1.4.1.- Logros y limitaciones: proyecto genoma.
El genoma humano es el genoma (del griego ge-o: que genera, y -ma: acción)
del Homo sapiens. Está compuesto por 24 cromosomas distintos (22
autosomas + 2 cromosomas sexuales: X, Y) con un tamaño total aproximado
de 3200 millones de pares de bases de ADN (3200 Mb) que contienen unos
20.000-25.000 genes1 . De las 3200 Mb unas 2950 Mb corresponden a
eucromatina y unas 250 Mb a heterocromatina. El Proyecto Genoma Humano
produjo una secuencia de referencia del genoma humano eucromático, usado
en todo el mundo en las ciencias biomédicas.
La secuencia de ADN que conforma el genoma humano contiene codificada la
información necesaria para la expresión, altamente coordinada y adaptable al
ambiente, del proteoma humano, es decir, del conjunto de proteínas del ser
humano. Las proteínas, y no el ADN, son las principales biomoléculas
efectoras; poseen funciones estructurales, enzimáticas, metabólicas,
reguladoras, señalizadoras..., organizándose en enormes redes funcionales de
interacciones. En definitiva, el proteoma fundamenta la particular morfología y
funcionalidad de cada célula. Asimismo, la organización estructural y funcional
de las distintas células conforma cada tejido y cada órgano, y, finalmente, el
organismo vivo en su conjunto. Así, el genoma humano contiene la información
necesaria para el desarrollo básico de un ser humano completo.
El genoma humano presenta una densidad de genes muy inferior a la que
inicialmente se había predicho, con sólo en torno al 1,5% 2 de su longitud
compuesta por exones codificantes de proteínas. Un 70% está compuesto por
ADN extragénico y un 30 % por secuencias relacionadas con genes. Del total
de ADN extragénico, aproximadamente un 70% corresponde a repeticiones
dispersas, de manera que, más o menos, la mitad del genoma humano
corresponde a secuencias repetitivas de ADN. Por su parte, del total de ADN
relacionado con genes se estima que el 95% corresponde a ADN no
codificante: pseudogenes, fragmentos de genes, intrones, secuencias UTR...
Contenido en genes y tamaño del genoma de varios organismos3
Especie
Tamaño
del Número
genoma (Mb)
de genes
Mycoplasma genitalium
0,58
500
Streptococcus pneumoniae
2,2
2300
Escherichia coli
4,6
4.400
Saccharomyces cerevisiae
12
5.800
Caenorhabditis elegans
97
19.000
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Arabidopsis thaliana
125
25.500
Drosophila melanogaster (mosca)
180
13.700
Oryza sativa (arroz)
466
45-55.000
Mus musculus (ratón)
2500
29.000
Homo sapiens (ser humano)
2900
27.000
Cromosomas
El genoma humano (como el de cualquier organismo eucariota) está formado
por cromosomas, que son largas secuencias continuas de ADN altamente
organizadas espacialmente (con ayuda de proteínas histónicas y no histónicas)
para adoptar una forma ultracondensada en metafase. Son observables con
microscopía óptica convencional o de fluorescencia mediante técnicas de
citogenética y se ordenan formando un cariotipo.
El cariotipo humano contiene un total de 24 cromosomas distintos: 22 pares de
autosomas más 2 cromosomas sexuales que determinan el sexo del individuo.
Los cromosomas 1-22 fueron numerados en orden decreciente de tamaño en
base al cariotipo. Sin embargo, posteriormente pudo comprobarse que el
cromosoma 22 es en realidad mayor que el 21.
Representación gráfica
del cariotipo humano
normal.(Imagen 1)
Las células somáticas de
un organismo poseen en
su núcleo un total de 46
cromosomas (23 pares):
una dotación de 22
autosomas procedentes
de cada progenitor y un
par de cromosomas
sexuales, un cromosoma
X de la madre y un X o
un Y del padre. (Ver
imagen 1). Los gametos
-óvulos
y
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espermatozoides- poseen una dotación haploide de 23 cromosomas.
ADN intragénico
Genes
Un gen es la unidad básica de la herencia, y porta la información genética
necesaria para la síntesis de una proteína (genes codificantes) o de un ARN no
codificante (genes de ARN). Está formado por una secuencia promotora, que
regula su expresión, y una secuencia que se transcribe, compuesta a su vez
por: secuencias UTR (regiones flanqueantes no traducidas), necesarias para la
traducción y la estabilidad del ARNm, exones (codificantes) e intrones, que son
secuencias de ADN no traducidas situadas entre dos exones que serán
eliminadas en el procesamiento del
ARNm (ayuste).
Este diagrama esquemático muestra un
gen en relación a su estructura física
(doble hélice de ADN) y a un
cromosoma (derecha). Los intrones son
regiones frecuentemente encontradas
en los genes de eucariotas, que se
transcriben, pero son eliminadas en el
procesamiento del ARN (ayuste) para
producir un ARNm formado sólo por exones, encargados de traducir una
proteína. Este diagrama es en exceso simplificado ya que muestra un gen
compuesto por unos 40 pares de bases cuando en realidad su tamaño medio
es de 20.000-30.000 pares de bases).
Actualmente se estima que el genoma humano contiene entre 20.000 y 25.000
genes codificantes de proteínas, estimación muy inferior a las predicciones
iniciales que hablaban de unos 100.000 genes o más. Esto implica que el
genoma humano tiene menos del doble de genes que organismos eucariotas
mucho más simples, como la mosca de la fruta o el nematodo Caenorhabditis
elegans. Sin embargo, las células humanas recurren ampliamente al splicing
(ayuste) alternativo para producir varias proteínas distintas a partir de un mismo
gen, como consecuencia de lo cual el proteoma humano es más amplio que el
de otros organismos mucho más simples. En la práctica, el genoma tan sólo
porta la información necesaria para una expresión perfectamente coordinada y
regulada del conjunto de proteínas que conforman el proteoma, siendo éste el
encargado de ejecutar la mayor parte de las funciones celulares.
En base a los resultados iniciales arrojados por el proyecto ENCODE4
(acrónimo de ENCyclopedia Of DNA Elements), algunos autores han propuesto
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redefinir el concepto actual de gen. Las observaciones más recientes hacen
difícilmente sostenible la visión tradicional de un gen, como una secuencia
formada por las regiones UTRs, los exones y los intrones. Estudios detallados
han hallado un número de secuencias de inicio de transcripción por gen muy
superior a las estimaciones iniciales, y algunas de estas secuencias se sitúan
en regiones muy alejadas de la traducida, por lo que los UTR 5' pueden
abarcar secuencias largas dificultando la delimitación del gen. Por otro lado, un
mismo transcrito puede dar lugar a ARN maduros totalmente diferentes
(ausencia total de solapamiento), debido a una gran utilización del splicing
alternativo. De este modo, un mismo transcrito primario puede dar lugar a
proteínas de secuencia y funcionalidad muy dispar. En consecuencia, algunos
autores han propuesto una nueva definición de gen 5 ,6 : la unión de secuencias
genómicas que codifican un conjunto coherente de productos funcionales,
potencialmente solapantes. De este modo, se identifican como genes los genes
ARN y los conjuntos de secuencias traducidas parcialmente solapantes (se
excluyen, así, las secuencias UTR y los intrones, que pasan a ser considerados
como "regiones asociadas a genes", junto con los promotores). De acuerdo con
esta definición, un mismo transcrito primario que da lugar a dos transcritos
secundarios (y dos proteínas) no solapantes debe considerarse en realidad dos
genes diferentes, independientemente de que estos presenten un solapamiento
total o parcial de sus transcritos primarios.
Las nuevas evidencias aportadas por ENCODE, según las cuales las regiones
UTR no son fácilmente delimitables y se extienden largas distancias, obligarían
a reidentificar nuevamente los genes que en realidad componen el genoma
humano. De acuerdo con la definición tradicional (actualmente vigente), sería
necesario identificar como un mismo gen a todos aquellos que muestren un
solapamiento parcial (incluyendo las regiones UTR y los intrones), con lo que a
la luz de las nuevas observaciones, los genes incluirían múltiples proteínas de
secuencia y funcionalidad muy diversa. Colateralmente se reduciría el número
de genes que componen el genoma humano. La definición propuesta, en
cambio, se fundamenta en el producto funcional del gen, por lo que se
mantiene una relación más coherente entre un gen y una función biológica.
Como consecuencia, con la adopción de esta nueva definición, el número de
genes del genoma humano aumentará significativamente.
Genes de ARN
Además de los genes codificantes de proteínas, el genoma humano contiene
varios miles de genes ARN, cuya transcripción produce ARN de transferencia
(ARNt), ARN ribosómico (ARNr), microARN (miARN), u otros genes ARN no
codificantes. Los ARN ribosomales y de transferencia son esenciales en la
constitución de los ribosomas y en la traducción de las proteínas. Por su parte,
los microARN tienen gran importancia en la regulación de la expresión génica,
estimándose que hasta un 20-30% de los genes del genoma humano puede
estar regulado por el mecanismo de interferencia por miARN. Hasta el
momento se han identificado más de 300 genes de miARN y se estima que
pueden existir unos 500.
Distribución de genes
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A continuación se muestran algunos valores promedio del genoma humano.
Cabe advertir, sin embargo, que la enorme heterogeneidad que presentan
estas variables hace poco representativos a los valores promedio, aunque
tienen valor orientativo.
La densidad media de genes es de 1 gen cada 100 kb, con un tamaño medio
de 20-30 kb, y un número de exones promedio de 7-8 por cada gen, con un
tamaño medio de 150 nucleótidos. El tamaño medio de un ARNm es de 1,8-2,2
kb, incluyendo las regiones UTR (regiones no traducidas flanqueantes), siendo
la longitud media de la región codificante de 1,4 kb.
Isocoros. Frecuencia
y riqueza en G+C y
genes, en el genoma
humano.
El genoma humano se caracteriza por presentar una gran heterogeneidad en
su secuencia. En particular, la riqueza en bases de guanina (G) y citosina (C)
frente a las de adenina (A) y timina (T) se distribuye heterogéneamente, con
regiones muy ricas en G+C flanqueadas por regiones muy pobres, siendo el
contenido medio de G+C del 41%, menor al teóricamente esperado (50%).
Dicha heterogeneidad esta correlacionada con la riqueza en genes, de manera
que los genes tienden a concentrarse en las regiones más ricas en G+C. Este
hecho era conocido ya desde hace años gracias a la separación mediante
centrifugación en gradiente de densidad de regiones ricas en G+C (que
recibieron el nombre de isócoros H; del inglés High) y regiones ricas en A+T
(isócoros L; del inglés Low).
Secuencias reguladoras
El genoma humano tiene diversos sistemas de regulación de la expresión
génica, basados en la regulación de la unión de factores de transcripción a las
secuencias promotoras, en mecanismos de modificación epigenética
(metilación del ADN o metilación-acetilación de histonas) o en el control de la
accesibilidad a los promotores determinada por el grado de condensación de la
cromatina; todos ellos muy interrelacionados. Además hay otros sistemas de
regulación a nivel del procesamiento, estabilidad y traducción del ARNm, entre
otros. Por lo tanto, la expresión génica está intensamente regulada, lo cual
permite desarrollar los múltiples fenotipos que caracterizan los distintos tipos
celulares de un organismo eucariota multicelular, al mismo tiempo que dota a la
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célula de la plasticidad necesaria para adaptarse a un medio cambiante. No
obstante, toda la información necesaria para la regulación de la expresión
génica, en función del ambiente celular, está codificada en la secuencia de
ADN al igual que lo están los genes.
Las secuencias reguladoras son típicamente secuencias cortas presentes en
las proximidades o en el interior (frecuentemente en intrones) de los genes. En
la actualidad, el conocimiento sistemático de estas secuencias y de cómo
actúan en complejas redes de regulación génica, sensibles a señales
exógenas, es muy escaso y está comenzando a desarrollarse mediante
estudios de genómica comparada, bioinformática y biología de sistemas. La
identificación de secuencias reguladoras se basa en parte en la búsqueda de
regiones no codificantes evolutivamente conservadas 7 . Por ejemplo, la
divergencia evolutiva entre el ratón y el ser humano ocurrió hace 70-90
millones de años8 . Mediante estudios de genómica comparada, alineando
secuencias de ambos genomas pueden identificarse regiones con alto grado de
coincidencia, muchas correspondientes a genes y otras a secuencias no
codificantes de proteínas pero de gran importancia funcional, dado que han
estado sometidas a presión selectiva.
Elementos ultraconservados
Reciben este nombre regiones que han mostrado una constancia evolutiva casi
total, mayor incluso que las secuencias codificantes de proteínas, mediante
estudios de genómica comparada. Estas secuencias generalmente se solapan
con intrones de genes implicados en la regulación de la transcripción o en el
desarrollo embrionario y con exones de genes relacionados con el
procesamiento del ARN. Su función es generalmente poco conocida, pero
probablemente de extrema importancia dado su nivel de conservación
evolutiva, tal y como se ha expuesto en el punto anterior.
En la actualidad se han encontrado unos 500 segmentos de un tamaño mayor
a 200 pares de bases totalmente conservados (100% de coincidencia) entre los
genomas de humano, ratón y rata, y casi totalmente conservados en perro
(99%) y pollo (95%)9 .
Pseudogenes
En el genoma humano se han encontrado asimismo unos 19.000
pseudogenes, que son versiones completas o parciales de genes que han
acumulado diversas mutaciones y que generalmente no se transcriben. Se
clasifican en pseudogenes no procesados (~30%) y pseudogenes procesados
(~70%)10 .

87
Los pseudogenes no procesados son copias de genes generalmente
originadas por duplicación, que no se transcriben por carecer de una
secuencia promotora y haber acumulado múltiples mutaciones, algunas
de las cuales sin sentido (lo que origina codones de parada prematuros).
Se caracterizan por poseer tanto exones como intrones.
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
Los pseudogenes procesados, por el contrario, son copias de ARN
mensajero retrotranscritas e insertadas en el genoma. En consecuencia
carecen de intrones y de secuencia promotora.
ADN intergénico
Como se ha dicho, las regiones intergénicas o extragénicas comprenden la
mayor parte de la secuencia del genoma humano, y su función es
generalmente desconocida. Buena parte de estas regiones está compuesta por
elementos repetitivos, clasificables como repeticiones en tándem o repeticiones
dispersas, aunque el resto de la secuencia no responde a un patrón definido y
clasificable. Gran parte del ADN intergénico puede ser un artefacto evolutivo
sin una función determinada en el genoma actual, por lo que tradicionalmente
estas regiones han sido denominadas ADN "basura" (Junk DNA),
denominación que incluye también las secuencias intrónicas y pseudogenes.
No obstante, esta denominación no es la más acertada dado el papel regulador
conocido de muchas de estas secuencias. Además el notable grado de
conservación evolutiva de algunas de estas secuencias parece indicar que
poseen otras funciones esenciales aún desconocidas o poco conocidas. Por lo
tanto, algunos prefieren denominarlo "ADN no codificante" (aunque el llamado
"ADN basura" incluye también transposones codificantes) o "ADN repetitivo".
Frecuencia de las diversas regiones
intergénicas e intragénicas del
cromosoma 22. Adaptado de:
Dunham, I., et al., 1999. The DNA
sequence of human chromosome
22, Nature 402(6761):489–495
Estudios recientes enmarcados en el
proyecto ENCODE han obtenido
resultados
sorprendentes,
que
exigen la reformulación de nuestra
visión de la organización y la
dinámica del genoma humano.
Según estos estudios, el 15% de la
secuencia del genoma humano se
transcribe a ARN maduros, y hasta
el 90% se transcribe al menos a
transcritos inmaduros en algún
88
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tejido6 . Así, una gran parte del genoma humano codifica genes de ARN
funcionales. Esto es coherente con la tendencia de la literatura científica
reciente a asignar una importancia creciente al ARN en la regulación génica.
Asimismo, estudios detallados han identificado un número mucho mayor de
secuencias de inicio de transcripción por gen, algunas muy alejadas de la
región proxima a la traducida. Como consecuencia, actualmente resulta más
complicado definir una región del genoma como génica o intergénica, dado que
los genes y las secuencias relacionadas con los genes se extienden en las
regiones habitualmente consideradas intergénicas.
ADN repetido en tándem
Son repeticiones que se ordenan de manera consecutiva, de modo que
secuencias idénticas, o casi, se disponen unas detrás de otras.
Satélites
El conjunto de repeticiones en tándem de tipo satélite comprende un total de
250 Mb del genoma humano. Son secuencias de entre 5 y varios cientos de
nucleótidos que se repiten en tándem miles de veces generando regiones
repetidas con tamaños que oscilan entre 100 kb (100.000 nucleótidos) hasta
varias megabases.
Reciben su nombre de las observaciones iniciales de centrifugaciones en
gradiente de densidad del ADN genómico fragmentado, que reportaban una
banda principal correspondiente a la mayor parte del genoma y tres bandas
satélite de menor densidad. Esto se debe a que las secuencias satélite tienen
una riqueza en nuclétidos A+T superior a la media del genoma y en
consecuencia son menos densas.
Hay principalmente 6 tipos de repeticiones de ADN satélite9 :
1. Satélite 1: secuencia básica de 42 nucleótidos. Situado en los
centrómeros de los cromosomas 3 y 4 y el el brazo corto de los
cromosomas acrocéntricos (en posición distal respecto al cluster
codificante de ARNr).
2. Satélite 2: la secuencia básica es ATTCCATTCG. Presente en las
proximidades de los centrómeros de los cromosomas 2 y 10, y en la
constricción secundaria de 1 y 16.
3. Satélite 3: la secuencia básica es ATTCC. Presente en la constricción
secundaria de los cromosomas 9 e Y, y en posición proximal respecto al
cluster de ADNr del brazo corto de los cromosomas acrocéntricos.
4. Satélite alfa: secuencia básica de 171 nucleótidos. Forma parte del ADN
de los centrómeros cromosómicos.
5. Satélite beta: secuencia básica de 68 nucleótidos. Aparece en torno al
centrómero en los cromosomas acrocéntricos y en la constricción
secundaria del cromosoma 1.
6. Satélite gamma: secuencia básica de 220 nucleótidos. Próximo al
centrómero de los cromosomas 8 y X.
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Minisatélites
Están compuestas por una unidad básica de secuencia de 6-259 nucleótidos
que se repite en tándem generando secuencias de entre 100 y 20.000 pares de
bases. Se estima que el genoma humano contiene unos 30.000 minisatélites.
Diversos estudios han relacionado los minisatélites con procesos de regulación
de la expresión génica, como el control del nivel de transcripción, el ayuste
(splicing) alternativo o la impronta (imprinting). Asimismo, se han asociado con
puntos de fragilidad cromosómica dado que se sitúan próximos a lugares
preferentes de rotura cromosómica, translocación genética y recombinación
meiótica. Por último, algunos minisatélites humanos (~10%) son hipermutables,
presentando una tasa media de mutación entre el 0.5% y el 20% en las células
de la línea germinal, siendo así las regiones más inestables del genoma
humano conocidas hasta la fecha.
En el genoma humano, aproximadamente el 90% de los minisatélites se sitúan
en los telómeros de los cromosomas. La secuencia básica de seis nucleótidos
TTAGGG se repite miles de veces en tándem, generando regiones de 5-20 kb
que conforman los telómeros.
Algunos minisatélites por su gran inestabilidad presentan una notable
variabilidad entre individuos distintos. Se consideran polimorfismos
multialélicos, dado que pueden presentarse en un número de repeticiones muy
variable, y se denominan VNTR (acrónimo de Variable number tandem repeat).
Son marcadores muy utilizados en genética forense, ya que permiten
establecer una huella genética característica de cada individuo, y son
identificables mediante Southern blot e hibridación.
Microsatélites
Están compuestos por secuencias básicas de 2-4 nucleótidos, cuya repetición
en tándem origina frecuentemente secuencias de menos de 150 nucleótidos.
Algunos ejemplos importantes son el dinucleótido CA y el trinucleótido CAG.
Los microsatélites son también polimorfismos multialélicos, denominados STR
(acrónimo de Short Tandem Repeats) y pueden identificarse mediante PCR, de
modo rápido y sencillo. Se estima que el genoma humano contiene unos
200.000 microsatélites, que se distribuyen más o menos homogéneamente, al
contrario que los minisatélites, lo que los hace más informativos como
marcadores.
ADN repetido disperso
Son secuencias de ADN que se repiten de modo disperso por todo el genoma,
constituyendo el 45% del genoma humano. Los elementos cuantitativamente
más importantes son los LINEs y SINEs, que se distinguen por el tamaño de la
unidad repetida.
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Estas secuencias tienen la potencialidad de autopropagarse al transcribirse a
una ARNm intermediario, retrotranscribirse e insertarse en otro punto del
genoma. Este fenómeno se produce con una baja frecuencia, estimándose que
1 de cada 100-200 neonatos portan una inserción nueva de un Alu o un L1, que
pueden resultar patogénicos por mutagénesis insercional, por desregulación de
la expresión de genes próximos (por los propios promotores de los SINE y
LINE) o por recombinación ilegítima entre dos copias idénticas de distinta
localización cromosómica (recombinación intra o intercromosómica),
especialmente entre elementos Alu.
Frecuencias y tipos de repeticiones dispersas en el genoma de varios
organismos9
Tipo repetición
Homo
sapiens
Drosophila
melanogaster
Caenorhabditis Arabidopsis
elegans
thaliana
LINE,SINE
33,4%
0,7%
0,4%
0,5%
LTR/HERV
8,1%
1,5%
0%
4,8%
Transposones
ADN
2,8%
0,7%
5,3%
5,1%
Total
44,4%
3,1%
6,5%
10,4%
SINE
Acrónimo del inglés Short Interspersed Nuclear Elements (Elementos nucleares
dispersos cortos). Son secuencias cortas, generalmente de unos pocos cientos
de bases, que aparecen repetidas miles de veces en el genoma humano.
Suponen el 13% del genoma humano9 , un 10% debido exclusivamente a la
familia de elementos Alu (característica de primates).
Los elementos Alu son secuencias de 250-280 nucleótidos presentes en
1.500.0009 de copias dispersas por todo el genoma. Estructuralmente son
dímeros casí idéticos, excepto que la segunda unidad contiene un inserto de 32
nucleótidos, siendo mayor que la primera. En cuanto a su secuencia, tienen
una considerable riqueza en G+C (56%)9 , por lo que predominan en las
bandas R, y ambos monómeros presentan una cola poliA (secuencia de
adeninas) vestigio de su origen de ARNm. Además poseen un promotor de la
ARN polimerasa III para transcribirse. Se consideran retrotransposones no
autónomos, ya que dependen para propagarse de la retrotranscripción de su
ARNm por una retrotranscriptasa presente en el medio.
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LINE
Esquema simplificado
del mecanismo de
retrotransposición de
un elemento LINE y
un
SINE.
Un
elemento LINE es
transcrito
produciendo
un
ARNm que sale del
núcleo celular. En el
citoplasma se traduce
en sus dos marcos
de lectura abiertos
generando
ambas
proteínas (véase el
texto),
que
para
simplificar se han
representado como
ORF1p y ORF2p.
Ambas
permiten
retrotranscribir
el
ARNm del LINE y de otros retrotransposones no autónomos, como SINEs y
pseudogenes procesados. Durante la retrotranscripción la nueva secuencia de
ADN se integra en otro punto del genoma.
Acrónimo del inglés Long Interspersed Nuclear Elements (Elementos nucleares
dispersos largos). Constituyen el 20% del genoma humano. La familia de
mayor importancia cuantitativa es LINE-1 o L1 que es una secuencia de 6 kb
repetida unas 800.000 veces de modo disperso por todo el genoma, aunque la
gran mayoría de las copias es incompleta al presentar el extremo 5' truncado
por una retrotranscripción incompleta. Así, se estima que hay unas 5.000
copias completas de L1, sólo 90 de las cuales son activas 9 , estando el resto
inhibidas por metilación de su promotor.
Su riqueza en G+C es del 42%9 , próxima a la media del genoma (41%) y se
localizan preferentemente en las bandas G de los cromosomas. Poseen
además un promotor de la ARN polimerasa II.
Los elementos LINE completos son codificantes. En concreto LINE-1 codifica
dos proteínas:
1. Proteína de unión a ARN (‘‘RNA-binding protein‘‘): codificada por el
marco de lectura abierto 1 (ORF1, acrónimo del inglés ‗‘Open reading
Frame 1‘‘)
2. Enzima con actividad retrotranscriptasa y endonucleasa: codificada por
el ORF2.
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Por lo tanto, se consideran retrotransopsones autónomos, ya que codifican las
proteínas que necesitan para propagarse. La ARN polimerasa II presente en el
medio transcribe el LINE, y este ARNm se traduce en ambos marcos de lectura
produciendo una retrotranscriptasa que actúa sobre el ARNm generando una
copia de ADN del LINE, potencialmente capaz de insertarse en el genoma.
Asimismo estas proteínas pueden ser utilizadas por pseudogenes procesados
o elementos SINE para su propagación.
Diversos estudios han mostrado que las secuencias LINE pueden tener
importancia en la regulación de la expresión génica, habiéndose comprobado
que los genes próximos a LINE presentan un nivel de expresión inferior. Esto
es especialmente relevante porque aproximadamente el 80% de los genes del
genoma humano contiene algún elemento L1 en sus intrones 9 .
HERV
Acrónimo de Human endogenous retrovirus (retrovirus endógenos humanos).
Los retrovirus son virus cuyo genoma está compuesto por ARN, capaces de
retrotranscribirse e integrar su genoma en el de la célula infectada. Así, los
HERV son copias parciales del genoma de retrovirus integrados en el genoma
humano a lo largo de la evolución de los vertebrados, vestigios de antiguas
infecciones retrovirales que afectaron a células de la línea germinal. Algunas
estimaciones establecen que hay unas 98.000 11 secuencias HERV, mientras
que otras afirman que son más de 400.0009 . En cualquier caso, se acepta que
en torno al 5-8% del genoma humano está constituído por genomas
antiguamente virales. El tamaño de un genoma retroviral completo es de en
torno a 6-11 kb, pero la mayoría de los HERV son copias incompletas.
A lo largo de la evolución estas secuencias sin interés para el genoma
hospedador han ido acumulando mutaciones sin sentido y deleciones que los
han inactivado. Aunque la mayoría de las HERV tienen millones de años de
antigüedad, al menos una familia de retrovirus se integró durante la divergencia
evolutiva de humanos y chimpancés, la familia HERV-K(HML2), que supone en
torno al 1% de los HERV.
Transposones de ADN
Bajo la denominación de transposones a veces se incluyen los
retrotransposones, tales como los pseudogenes procesados, los SINEs y los
LINEs. En tal caso se habla de transposones de clase I para hacer referencia a
los retrotransposones, y de clase II para referirse a transposones de ADN, a los
que se dedica el presente apartado.
Los transposones de ADN completos poseen la potencialidad de
autopropagarse sin un intermediario de ARNm seguido de retrotranscripción.
Un transposón contiene en gen de una enzima transposasa, flanqueado por
repeticiones invertidas. Su mecanismo de transposición se basa en cortar y
pegar, moviendo su secuencia a otra localización distinta del genoma. Los
distintos tipos de transposasas actúan de modo diferente, habiendo algunas
capaces de unirse a cualquier parte del genoma mientras que otras se unen a
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secuencias diana específicas. La transposasa codificada por el propio
transposón lo extrae realizando dos cortes flanqueantes en la hebra de ADN,
generando extremos cohesivos, y lo inserta en la secuencia diana en otro punto
del genoma. Una ADN polimerasa rellena los huecos generados por los
extremos cohesivos y una ADN ligasa reestablece los enlaces fosfodiéster,
recuperando la continuidad de la secuencia de ADN. Esto conlleva una
duplicación de la secuencia diana en torno al transposón, en su nueva
localización.
Se estima que el genoma humano contiene unas 300.000 copias 9 de
elementos repetidos dispersos originados por transposones de ADN,
constituyendo un 3% del genoma. Hay múltiples familias, de las que cabe
destacar por su importancia patogénica por la generación de reordenaciones
cromosómicas los elementos mariner, así como las familias MER1 y MER2.
Variabilidad
Si bien dos seres humanos del mismo sexo comparten un porcentaje
elevadísimo (en torno al 99,9%)9 de su secuencia de ADN, lo que nos permite
trabajar con una única secuencia de referencia, pequeñas variaciones
genómicas fundamentan buena parte de la variabilidad fenotípica
interindividual. Una variación en el genoma, por sustitución, deleción o
inserción, se denomina polimorfismo o alelo genético. No todo polimorfismo
genético provoca una alteración en la secuencia de una proteína o de su nivel
de expresión, es decir, muchos son silenciosos y carecen de expresión
fenotípica.
SNPs
La principal fuente de variabilidad en los genomas de dos seres humanos
procede de las variaciones en un sólo nucleótido, conocidas como SNPs
(Single nucleotide polimorphisms), en las cuales se han centrado la mayor
parte de los estudios. Dada su importancia, en la actualidad existe un proyecto
internacional (International HapMap Project) para catalogar a gran escala los
SNPs del genoma humano. En este contexto, la denominación de SNP
frecuentemente se restringe a aquellos polimorfismos de un sólo nucleótido en
los que el alelo menos frecuente aparece en al menos el 1% de la población.
Los SNP son marcadores tetralélicos, dado que en teoría en una posición
puede haber cuatro nucleótidos distintos, cada uno de los cuales identificaría
un alelo; sin embargo, en la práctica suelen presentar sólo dos alelos en la
población. Se estima que la frecuencia de SNPs en el genoma humano es de
un SNP cada 500-100 pares de bases9 , de los que una parte relevante son
polimorfismos codificantes, que causan la sustitución de un aminoácido por otro
en una proteína.
Gracias a su abundancia y a que presentan una distribución aproximadamente
uniforme en el genoma, han tenido gran utilidad como marcadores para los
mapas de ligamiento, herramienta fundamental del Proyecto Genoma Humano.
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Además son fácilmente detectables a gran escala mediante el empleo de chips
de ADN (comúnmente conocidos como microarrays).
Variación estructural
Este tipo de variaciones se refiere a duplicaciones, inversiones, inserciones o
variantes en el número de copias de segmentos grandes del genoma (por lo
general de 1000 nucléotidos o más). Estas variantes implican a una gran
proporción del genoma, por lo que se piensa que son, al menos, tan
importantes como los SNPs.12
A pesar de que este campo de estudio es relativamente nuevo (los primeros
estudios a gran escala se publicaron en los años 2004 y 2005), ha tenido un
gran auge, hasta el punto de que se ha creado un nuevo proyecto para estudiar
este tipo de variantes en los mismos individuos en los que se basó el Proyecto
HapMap.
Aunque aún quedan dudas acerca de las causas de este tipo de variantes,
cada vez existe más evidencia a favor de que es un fenómeno recurrente que
todavía continua moldeando y creando nuevas variantes del genoma.
Este tipo de variaciones han potenciado la idea de que el genoma humano no
es una entidad estática, sino que se encuentra en constante cambio y
evolución.
Enfermedades genéticas
La alteración de la secuencia de ADN que constituye el genoma humano puede
causar la expresión anormal de uno o más genes, originando un fenotipo
patológico. Las enfermedades genéticas pueden estar causadas por mutación
de la secuencia de ADN, con afectación de la secuencia codificante
(produciendo proteínas incorrectas) o de secuencias reguladoras (alterando el
nivel de expresión de un gen), o por alteraciones cromosómicas, numéricas o
estructurales. La alteración del genoma de las células germinales de un
individuo se transmite frecuentemente a su descendencia. Actualmente el
número de enfermedades genéticas conocidas es aproximadamente de 4.000,
siendo la más común la fibrosis quística.
El estudio de las enfermedades genéticas frecuentemente se ha englobado
dentro de la genética de poblaciones. Los resultados del Proyecto Genoma
Humano son de gran importancia para la identificación de nuevas
enfermedades genéticas y para el desarrollo de nuevos y mejores sistemas de
diagnóstico genético, así como para la investigación en nuevos tratamientos,
incluída la terapia génica.
Mutaciones
Las mutaciones génicas pueden ser:
95
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
Sustituciones (cambios de un nucleótido por otro): Las sustituciones se
denominan transiciones si suponen un cambio entre bases del mismo
tipo químico, o transversiones si son un cambio purina (A,G)→pirimidina
(C,T) o pirimidina→purina.

Deleciones o inserciones: son respectivamente la eliminación o adición
de una determinada secuencia de nucleótidos, de longitud variable. Las
grandes deleciones pueden afectar incluso a varios genes, hasta el
punto de ser apreciables a nivel cromosómico con técnicas de
citogenética. Inserciones o deleciones de unas pocas pares de bases en
una secuencia codificante pueden provocar desplazamiento del marco
de lectura (frameshift), de modo que la secuencia de nucleótidos del
ARNm se lee de manera incorrecta.
Las mutaciones génica pueden afectar a:

ADN codificante: Si el cambio en un nucleótido provoca en cambio de un
aminoácido de la proteína la mutación se denomina no sinónima. En
caso contrario se denominan sinónimas o silenciosas (posible porque el
código genético es degenerado). Las mutaciones no sinónimas
asimismo se clasifican en mutaciones con cambio de sentido (missense)
si provocan el cambio de un aminoácido por otro, mutaciones sin sentido
(non-sense) si cambian un codón codificante por un codón de parada
(TAA, TAG, TGA) o con ganacia de sentido si sucede a la inversa.

ADN no codificante: Pueden afectar a secuencias reguladoras,
promotoras o implicadas en el ayuste (splicing). Estas últimas pueden
causar un erróneo procesamiento del ARNm, con consecuencias
diversas en la expresión de la proteína codificada por ese gen.
Trastornos de un sólo gen
Son enfermedades genéticas causadas por mutación en un sólo gen, que
presentan una herencia de tipo mendeliano, fácilmente predecible. En la tabla
se resumen los principales patrones de herencia que pueden mostrar, sus
características y algunos ejemplos.
Patrón
hereditario
Autosómico
dominante
96
Descripción
Enfermedades que se manifiestan en individuos
heterocigóticos. Es suficiente con una mutación en
una de las dos copias (recuérdese que cada
individuo posee un par de cada cromosoma) de un
gen para que se manifieste la enfermedad. Los
individuos enfermos generalmente tienen uno de
sus dos progenitores enfermos. La probabilidad de
Ejemplos
Enfermedad de Huntington,
Neurofibromatosis
1,
Sindrome
de
Marfan,
Cáncer
colorrectal
hereditario no polipósico
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tener descendencia afectada es del 50% dado que
cada progenitor aporta uno de los cromosomas de
cada par. Frecuentemente corresponden a
mutaciones con ganancia de función (de modo que
el alelo mutado no es inactivo sino que posee una
nueva función que provoca el desarrollo de la
enfermedad) o por pérdida de función del alelo
mutado con efecto de dosis génica también
conocido como haploinsuficiencia. Frecuentemente
son enfermedades con baja penetrancia, es decir,
sólo una parte de los individuos que portan la
mutación desarrollan la enfermedad.
Autosómico
recesivo
La enfermedad sólo se manifiesta en individuos
homocigóticos recesivos, es decir, aquellos en los
que ambas copias de un gen están mutadas. Son
mutaciones que causan pérdida de función, de
modo que la causa de la enfermedad es la ausencia
de la acción de un gen. La mutación sólo en una de
las dos copias es compensada por la existencia de
la otra (cuando una sola copia no es suficiente se
origina haploinsuficiencia, con herencia autosómica
dominante). Habitualmente un individuo enfermo
tiene ambos progenitores sanos pero portadores de
la mutación (genotipo heterocigótico: Aa). En tal
caso un 25% de la descendencia estará afectada.
Dominante
ligado al X
Las
enfermedades
dominantes
ligadas
al
cromosoma X están causadas por mutaciones en
dicho cromosoma, y presentan un patrón hereditario
especial.
Sólo
unas
pocas
enfermedades
hereditarias presentan este patrón. Las mujeres
tienen mayor prevalencia de la enfermedad que los
hombres, dado que reciben un cromosoma X de su
madre y otro de su padre, cualquiera de los cuales
puede portar la mutación. Los varones en cambio Hipofosfatemia, Síndrome
siempre reciben el cromosoma Y de su padre. Así, de Aicardi
un varón enfermo (xY) tendrá todos sus hijos
varones sanos (XY) y todas las hijas enfermas (Xx),
mientras que una mujer enferma (Xx) tendrá un 50%
de su descendencia enferma, independientemente
del sexo. Algunas de estas enfermedades son
letales en varones (xY), de modo que sólo existen
mujeres enfermas (y varones con Síndrome de
Klinelfelter, XxY).
Recesivo
ligado al X
97
Las enfermedades recesivas ligadas al X también
están causadas por mutaciones en el cromosoma X.
Los varones están más frecuentemente afectados.
Un varón portador siempre será enfermo (xY) dado
que sólo posee un cromosoma X, que está mutado.
Su descendencia serán varones sanos (XY) e hijas
portadoras (Xx). Una mujer portadora, tendrá una
descendencia compuesta por un 50% de hijas
Fibrosis quística, Anemia
falciforme, Enfermedad de
Tay-Sachs,
Atrofia
muscular espinal
Hemofilia
A,
Distrofia
Muscular de Duchenne,
Daltonismo,
Distrofia
muscular
Alopecia
androgénica
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portadoras y un 50% de varones enfermos.
Ligado a Y
Son enfermedades causadas por mutación en el
cromosoma Y. En consecuencia, sólo puede
manifestarse en varones, cuya descendencia será
del 100% de hijas sanas y el 100% de hijos varones Infertilidad
enfermos. Dadas las funciones del cromosoma Y, hereditaria
frecuentemente estas enfermedades sólo causan
infertilidad, que a menudo puede ser superada
terapéuticamente.
Enfermedades causadas por mutación en genes del
genoma mitocondrial. Dadas la particularidades de
dicho genoma, su transmisión es matrilineal (el
genoma mitocondrial se transfiere de madres a Neuropatía
Mitocondrial hijos). La gravedad de una mutación depende del hereditaria
porcentaje de genomas afectados en la población (LHON)
de
mitocondrias,
fenómeno
denominado
heteroplasmia (en contraste con heterocigosis), que
varía por segregación mitótica asimétrica.
masculina
de
óptica
Leber
Trastornos poligénicos y multifactoriales
Otras alteraciones genéticas pueden ser mucho más complejas en su
asociación con un fenotipo patológico. Son las enfermedades multifactoriales o
poligénicas, es decir, aquellas que estan causadas por la combinación de
múltiples alelos genotípicos y de factores exógenos, tales como el ambiente o
el estilo de vida. En consecuencia no presentan un patrón hereditario claro, y la
diversidad de factores etiológicos y de riesgo dificulta la estimación del riesgo,
el diagnóstico y el tratamiento.
Algunos ejemplos de enfermedades multifactoriales con etiología parcialmente
genética son:






autismo
enfermedad cardiovascular
hipertensión
diabetes
obesidad
cáncer
Alteraciones cromosómicas
Las alteraciones genéticas pueden producirse también a escala cromosómica
(cromosomopatías), causando severos trastornos que afectan a múltiples
genes y que en muchas ocasiones son letales provocando abortos prematuros.
Frecuentemente están provocadas por un error durante la división celular, que
98
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sin embargo no impide su conclusión. Las alteraciones cromosómicas reflejan
una anormalidad en el número o en la estructura de los cromosomas, por lo
que se clasifican en numéricas y estructurales. Provocan fenotipos muy
diversos, pero frecuentemente presentan unos rasgos comunes:



Retraso mental y retraso del desarrollo.
Alteraciones faciales y anomalías en cabeza y cuello.
Malformaciones congénitas, con afectación preferente de extremidades,
corazón, etc.
Numéricas
Frecuencias de aneuploidías por cada 1000 nacidos vivos
Aneuploidía
Frecuencia
(/1000)
Síndrome
Trisomía 21
1,5
de Down
Trisomía 18
0,12
de Edwards
Trisomía 13
0,07
de Patau
Monosomía X
0,4
de Turner
XXY
1,5
de Klinefelter
XYY
1,5
del XYY
9
Es una alteración del número normal de cromosomas de un individuo, que
normalmente presenta 23 pares de cromosomas (46 en total), siendo cada
dotación cromosómica de un progenitor (diploidía). Si la alteración afecta a un
sólo par de cromosomas se habla de aneuploidía, de manera que puede haber
un sólo cromosoma (monosomía) o más de dos (trisomía, tetrasomía...). Un
ejemplo de gran prevalencia es la trisomía 21, responsable del Síndrome de
Down. Si por el contrario la alteración afecta a todos los cromosomas se habla
de euploidías, de manera que en teoría el individuo tiene una sola dotación
cromosómica (haploidía, 23 cromosomas en total) o más de dos dotaciones
(triploidía: 69 cromosomas; tetraploidía: 92 cromosomas...). En la práctica las
euploidías causan letalidad embronaria (abortos) siendo muy pocos los nacidos
vivos, y fallecen muy tempranamente. Las aneuploidías son mayoritariamente
letales, salvo las trisomías de los cromosomas 13, 18, 21, X e Y (XXY, XYY), y
la monosomía del cromosoma X. En la tabla se muestran las frecuencias de
nacidos vivos con estas alteraciones.
99
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Estructurales
Se denominan así las alteraciones en la estructura de los cromosomas, tales
como las grandes deleciones o inserciones, reordenaciones del material
genético entre cromosomas... detectables mediante técnicas de citogenética.

Deleciones: eliminación de una porción del genoma. Algunos trastornos
conocidos son el Síndrome de Wolf-Hirschhorn por deleción parcial del
brazo corto del cromosoma 4 (4p), y el Síndrome de Jacobsen o
deleción 11q terminal.

Duplicaciones: una región considerable de un cromosoma se duplica. Un
ejemplo es la enfermedad de Charcot-Marie-Tooth tipo 1A, que puede
ser causada por duplicación del gen codificante de la proteína mielínica
periférica 22 (PMP22) en el cromosoma 17.

Translocaciones: cuando una porción de un cromosoma se transfiere a
otro cromosoma. Hay dos tipos principales de translocaciones: la
translocación recíproca, en la que se intercambian segmentos de dos
cromosomas distintos, y la translocación Robertsoniana, en la que dos
cromosomas acrocéntricos (13, 14, 15, 21, 22) se fusionan por sus
centrómeros (fusión céntrica).

Inversiones: una parte del genoma se rompe y se reorienta en dirección
opuesta antes de reasociarse, con lo que dicha secuencia aparece
invertida. Pueden ser paracéntricas (si afectan sólo a una brazo) o
pericéntricas (si la secuencia invertida incluye el centrómero).

Cromosomas en anillos: una porción del genoma se rompe y forma un
anillo por circularización. Esto puede ocurrir con pérdida de material o
sin pérdida de material.

Isocromosomas: cromosomas simétricos, con sus dos brazo idénticos
por deleción de uno de los brazos y duplicación del otro. El más habitual
es el isocromosoma X, en el que se pierde el brazo corto del cromosoma
X, originando fenotipos de Síndrome de Turner.
Los síndromes de inestabilidad cromosómica son un grupo de trastornos
caracterizados por una gran inestabilidad de los cromosomas, que sufren con
gran frecuencia alteraciones estructurales. Están asociados con un aumento de
la malignidad de neoplasias.
Evolución
Los estudios de genómica comparada se basan en comparación de secuencias
genómicas a gran escala, generalmente mediante herramientas
bioinformáticas. Dichos estudios permiten ahondar en el conocimiento de
aspectos evolutivos de escala temporal y espacial muy diversa, desde el
estudio de la evolución de los primeros seres vivos hace miles de millones de
años o las radiaciones filogenéticas en mamíferos, hasta el estudio de las
100
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migraciones de seres humanos en los últimos 100.000 años, que explican la
actual distribución de las distintas razas humanas.
Genómica comparada entre distintas especies
Los estudios de genómica comparada con genomas de mamíferos sugieren
que aproximadamente el 5% del genoma humano se ha conservado
evolutivamente en los últimos 200 millones de años; lo cual incluye la gran
mayoría de los genes y secuencias reguladoras. Sin embargo, los genes y las
secuencias reguladoras actualmente conocidas suponen sólo el 2% del
genoma, lo que sugiere que la mayor parte de la secuencia genómica con gran
importancia funcional es desconocida. Un porcentaje importante de los genes
humanos presenta un alto grado de conservación evolutiva. La similitud entre el
genoma humano y el del chimpancé (Pan troglodytes) es del 98,77%. En
promedio, una proteína humana se diferencia de su ortóloga de chimpancé en
tan sólo dos aminoácidos, y casi un tercio de los genes tiene la misma
secuencia. Una diferencia importante entre los dos genomas es el cromosoma
2 humano, que es el producto de una fusión entre los cromosomas 12 y 13 del
chimpancé13 .
Otra conclusión de la comparación del genoma de distintos primates es la
notable pérdida de genes de receptores olfativos que se ha producido
paralelamente al desarrollo de la visión en color (tricrómica) durante la
evolución de primates.14 .
Genómica comparada entre genomas humanos
Mapa de las migraciones humanas
creado a partir de genómica
comparada
con
los genomas
mitocondriales
de
individuos
actuales. Los números de la leyenda
representan miles de años antes del
presente. La línea azul rayada
delimita el área cubierta de hielo o
de tundra durante la última
glaciación. Las letras englobadas
por círculos indican los halogrupos
de ADN mitocondrial; los halogrupos se usan para definir subpoblaciones
genéticas, que frecuentemente tienen una correlación geográfica. Los
principales halogrupos de ADNmt son: Africa: L, L1, L2, L3. Oriente próximo: J,
N. Europa meridional: J, K. Europa (general): H, V. Europa septentrional: T, U,
X. Asia: A, B, C, D, E, F, G (en el dibujo: M está compuesta por C, D, E, y G).
Nativos Americanos: A, B, C, D y a menudo X. Véase el artículo: Haplogrupos
de ADN mitocondrial humano
Durante décadas las únicas evidencias que permitían profundizar en el
conocimiento del origen y la expansión del Homo sapiens han sido los escasos
101
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hallazgos arqueológicos. Sin embargo, en la actualidad, los estudios de
genómica comparada a partir de genomas de individuos actuales de todo el
mundo, están aportando información muy relevante. Su fundamento básico
consiste en identificar un polimorfismo, una mutación, que se asume que se
originó en un individuo de una población ancestral, y que ha heredado toda su
descendencia hasta la actualidad. Además, dado que las mutaciones parecen
producirse a un ritmo constante, puede estimarse la antigüedad de una
determinada mutación en base al tamaño del haplotipo en el que se sitúa, es
decir, el tamaño de la secuencia conservada que flanquea la mutación. Esta
metodología se ve complicada por el fenómeno de recombinación entre los
pares de cromosomas de un individuo, procedentes de sus dos progenitores.
Sin embargo, hay dos regiones en las que no existe dicho inconveniente
porque presentan una herencia uniparental: el genoma mitocondrial (de
herencia matrilineal), y el cromosoma Y (de herencia patrilineal).
En las últimas décadas, los estudios de genómica comparada basada en el
genoma mitocondrial, y en menor medida en el cromosoma Y, han reportado
conclusiones de gran interés. En diversos estudios se ha trazado la filogenia de
estas secuencias, estimándose que todos los seres humanos actuales
comparten un antepasado femenino común que vivió en África hace unos
150.000 años. Por su parte, por razones aún poco conocidas, la mayor
convergencia del ADN del cromosoma Y establece que el antepasado
masculino común más reciente data de hace unos 60.000 años. Estos
individuos han sido bautizados como Eva mitocondrial e Y-cromosoma Adan.
La mayor diversidad de marcadores genéticos y en consecuencia, los
haplotipos de menor longitud, se han hallado en África. Todo el resto de la
población mundial presenta sólo una pequeña parte de estos marcadores, de
modo que la composición genómica del resto de la población humana actual es
sólo un subconjunto de la que puede apreciarse en África. Esto induce a
afirmar que un pequeño grupo de seres humanos (quizá en torno a un millar)
emigró del continente africano hacia las costas de Asia occidental, hace unos
50.000-70.000 años, según estudios basados en el genoma mitocondrial. Hace
unos 50.000 años alcanzaron Australia y hace en torno a 40.000-30.000 años
otras subpoblaciones colonizaron Europa occidental y el centro de Asia.
Asimismo, se estima que hace 20.000-15.000 años alcanzaron el continente
americano a través del estrecho de Bering (el nivel del mar era menor durante
la última glaciación, o glaciación de Würm o Wisconsin), poblando Sudamérica
hace unos 15.000-12.000 años. No obstante, estos datos sólo son
estimaciones, y la metodología presenta ciertas limitaciones. En la actualidad,
la tendencia es combinar los estudios de genómica comparada basados en el
ADN mitocondrial con análisis de la secuencia del cromosoma Y.
Genoma mitocondrial
Es el genoma propio de las mitocondrias de células eucariotas. La mitocondria
es un orgánulo subcelular esencial en el metabolismo aerobio u oxidativo de las
células eucariotas. Su origen es endosimbionte, es decir, antiguamente fueron
organismos procariotas independientes captados por una célula eucariota
ancestral, con la que desarrollaron una relación simbiótica. Las características
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de su genoma, por tanto, son muy semejantes a las de un organismo procariota
actual, y su código genético es ligeramente distinto al considerado universal.
Para adaptarse al nicho intracelular y aumentar su tasa de replicación, el
genoma mitocondrial se ha ido reduciendo sustancialmente a lo largo de su
coevolución, presentando en la actualidad un tamaño de 16.569 pares de
bases. Así, la gran mayoría de las proteínas localizadas en las mitocondrias
(~1500 en mamíferos) están codificadas por el genoma nuclear (al que hacen
referencia todos los apartados anteriores), de modo que muchos de estos
genes fueron transferidos de la mitocondria al núcleo celular durante la
coevolución de la célula eucariota. En la mayoría de mamíferos, sólo la hembra
transmite al zigoto sus mitocondrias, por lo que presentan, como ya se ha
dicho, un patrón hereditario matrilineal. En general una célula humana media
contiene 100-10.000 copias del genoma mitocondrial por cada célula, a razón
de unas 2-10 moléculas de ADN por mitocondria.
Diagrama simplificado del
genoma
mitocondrial.
Pueden apreciarse los 37
genes y la secuencia origen
de
replicación
no
codificante.
En
este
esquema no se señala la
cadena ligera y la pesada.
El genoma mitocondrial posee 37 genes9



13 genes codificantes de proteínas: codifican 13 polipéptidos que forman
parte de los complejos multienzimáticos de la fosforilación oxidativa
(sistema OXPHOS). Son 7 subunidades del Complejo I (NADH
deshidrogenasa), una subunidad del complejo III (citocromo b), 3
subunidades del Complejo IV (citocromo oxidasa) y 2 subunidades del
Complejo V (ATPsintasa).
2 genes ARNr, que codifican las dos subunidades del ARN ribosomal de
la matriz mitocondrial.
22 genes ARNt, que codifican los 22 ARN transferentes necesarios para
la síntesis proteica en la matriz mitocondrial.
Al contrario de lo que sucedía con el genoma nuclear, donde sólo el 1,5% era
codificante, en el genoma mitocondrial el 97% corresponde a secuencias
codificantes. Es una única molécula de ADN doble hebra circular. Una de las
103
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hemihebras recibe el nombre de cadena pesada o cadena H, y contiene 28 de
los 37 genes (2 ARNr, 14 ARNt y 12 polipéptidos). La hemihebra
complementaria (cadena ligera o L) codifica los 9 genes restantes. En ambas
cadenas, los genes de los ARNt aparecen distribuidos entre dos genes ARNr o
codificantes de proteínas, lo cual es de gran importancia para el procesamiento
del ARN mitocondrial.
1.4.2.- Biotecnología: Industria, Agricultura, Ganadería y Medicina.
La biotecnología es la tecnología basada en la biología, especialmente usada
en agricultura, farmacia, ciencia de los alimentos, ciencias forestales y
medicina. Se desarrolla en un enfoque multidisciplinario que involucra varias
disciplinas y ciencias como biología, bioquímica, genética, virología,
agronomía, ingeniería, química, medicina y veterinaria entre otras. Tiene gran
repercusión en la farmacia, la medicina, la microbiología, la ciencia de los
alimentos, la minería y la agricultura entre otros campos.
Probablemente el primero que usó este término fue el ingeniero húngaro Karl
Ereky, en 1919, quien la introdujo en su libro Biotecnología en la producción
cárnica y láctea de una gran explotación agropecuaria.1 2
Según el Convenio sobre Diversidad Biológica de 1992, la biotecnología podría
definirse como "toda aplicación tecnológica que utilice sistemas biológicos y
organismos vivos o sus derivados para la creación o modificación de productos
o procesos para usos específicos".3
El Protocolo de Cartagena sobre Seguridad de la Biotecnología del Convenio
sobre la Diversidad Biológica4 define la biotecnología moderna como la
aplicación de:


Técnicas in vitro de ácido nucleico, incluidos el ácido desoxirribonucleico
(ADN) recombinante y la inyección directa de ácido nucleico en células u
orgánulos, o
La fusión de células más allá de la familia taxonómica que superan las
barreras fisiológicas naturales de la reproducción o de la recombinación
y que no son técnicas utilizadas en la reproducción y selección
tradicional.
Aplicaciones
La biotecnología tiene aplicaciones en importantes áreas industriales como lo
son la atención de la salud, con el desarrollo de nuevos enfoques para el
tratamiento de enfermedades; la agricultura con el desarrollo de cultivos y
alimentos mejorados; usos no alimentarios de los cultivos, como por ejemplo
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plásticos biodegradables, aceites vegetales y biocombustibles; y cuidado
medioambiental a través de la biorremediación, como el reciclaje, el tratamiento
de residuos y la limpieza de sitios contaminados por actividades industriales. 6
Las aplicaciones de la biotecnología son numerosas y se suelen clasificar
como:

Biotecnología roja: se aplica a la utilización de biotecnología en procesos
médicos. Algunos ejemplos son el diseño de organismos para producir
antibióticos, el desarrollo de vacunas más seguras y nuevos fármacos,
los diagnósticos moleculares, las terapias regenerativas y el desarrollo
de la ingeniería genética para curar enfermedades a través de la
manipulación génica.7

Biotecnología blanca: también conocida como biotecnología industrial,
es aquella aplicada a procesos industriales. Un ejemplo de ello es el
diseño de microorganismos para producir un producto químico o el uso
de enzimas como catalizadores industriales, ya sea para producir
productos químicos valiosos o destruir contaminantes químicos
peligrosos (por ejemplo utilizando oxidorreductasas8 ). También se
aplica a los usos de la biotecnología en la industria textil, en la creación
de nuevos materiales, como plásticos biodegradables y en la producción
de biocombustibles. Su principal objetivo es la creación de productos
fácilmente degradables, que consuman menos energía y generen menos
desechos durante su producción.9 La biotecnología blanca tiende a
consumir menos recursos que los procesos tradicionales utilizados para
producir bienes industriales.10

Biotecnología verde: es la biotecnología aplicada a procesos agrícolas.
Un ejemplo de ello es el diseño de plantas transgénicas capaces de
crecer en condiciones ambientales desfavorables o plantas resistentes a
plagas y enfermedades. Se espera que la biotecnología verde produzca
soluciones más amigables con el medio ambiente que los métodos
tradicionales de la agricultura industrial. Un ejemplo de esto es la
ingeniería genética en plantas para expresar plaguicidas, con lo que se
elimina la necesidad de la aplicación externa de los mismos, como es el
caso del maíz Bt. Si los productos de la biotecnología verde como éste
son más respetuosos con el medio ambiente o no, es un tema de
debate.11

Biotecnología azul: también llamada biotecnología marina, es un término
utilizado para describir las aplicaciones de la biotecnología en ambientes
marinos y acuáticos. Aún en una fase temprana de desarrollo sus
aplicaciones son prometedoras para la acuicultura, cuidados sanitarios,
cosmética y productos alimentarios.12
Biorremediación y biodegradación
La biorremediación es el proceso por el cual son utilizados microorganismos
para limpiar un sitio contaminado. Los procesos biológicos desempeñan un
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papel importante en la eliminación de contaminantes y la biotecnología
aprovecha la versatilidad catabólica de los microorganismos para degradar y
convertir dichos compuestos. En el ámbito de la microbiología ambiental, los
estudios basados en el genoma abren nuevos campos de investigación in silico
ampliando el panorama de las redes metabólicas y su regulación, así como
pistas sobre las vías moleculares de los procesos de degradación y las
estrategias de adaptación a las cambiantes condiciones ambientales. Los
enfoques de genómica funcional y metagenómica aumentan la comprensión de
las distintas vías de regulación y de las redes de flujo del carbono en ambientes
no habituales y para compuestos particulares, que sin duda aceleraran el
desarrollo de tecnologías de biorremediación y los procesos de
biotransformación.13
Los entornos marinos son especialmente vulnerables ya que los derrames de
petróleo en regiones costeras y en mar abierto son difíciles de contener y sus
daños difíciles de mitigar. Además de la contaminación a través de las
actividades humanas, millones de toneladas de petróleo entran en el medio
ambiente marino a través de filtraciones naturales. A pesar de su toxicidad, una
considerable fracción del petróleo que entra en los sistemas marinos se elimina
por la actividad de degradación de hidrocarburos llevada a cabo por
comunidades microbianas, en particular, por las llamadas bacterias
hidrocarbonoclásticas (HCB).14 Además varios microorganismos como
Pseudomonas, Flavobacterium, Arthrobacter y Azotobacter pueden ser
utilizados para degradar petróleo.15 El derrame del barco petrolero Exxon
Valdez en Alaska en 1989 fue el primer caso en el que se utilizó
biorremediación a gran escala de manera exitosa, estimulando la población
bacteriana suplementándole nitrógeno y fósforo que eran los limitantes del
medio.16
Bioinformática
La bioinformática es un campo interdisciplinario que se ocupa de los problemas
biológicos usando técnicas computacionales y hace que sea posible la rápida
organización y análisis de los datos biológicos. Este campo también puede ser
denominado biología computacional, y puede definirse como, "la
conceptualización de la biología en término de moléculas y, a continuación, la
aplicación de técnicas informáticas para comprender y organizar la información
asociada a estas moléculas, a gran escala."17 La bioinformática desempeña un
papel clave en diversas áreas, tales como la genómica funcional, la genómica
estructural y la proteómica, y forma un componente clave en el sector de la
biotecnología y la farmacéutica.
Bioingeniería
La ingeniería biológica o bioingeniería es una rama de ingeniería que se centra
en la biotecnología y en las ciencias biológicas. Incluye diferentes disciplinas,
como la ingeniería bioquímica, la ingeniería biomédica, la ingeniería de
procesos biológicos, la ingeniería de biosistemas, etc. Se trata de un enfoque
integrado de los fundamentos de las ciencias biológicas y los principios
tradicionales de la ingeniería.
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Los bioingenieros con frecuencia trabajan escalando procesos biológicos de
laboratorio a escalas de producción industrial. Por otra parte, a menudo
atienden problemas de gestión, económicos y jurídicos. Debido a que las
patentes y los sistemas de regulación (por ejemplo, la FDA en EE.UU.) son
cuestiones de vital importancia para las empresas de biotecnología, los
bioingenieros a menudo deben tener los conocimientos relacionados con estos
temas.
Existe un creciente número de empresas de biotecnología y muchas
universidades de todo el mundo proporcionan programas en bioingeniería y
biotecnología de forma independiente.
Ventajas y riesgos
Ventajas
Entre las principales ventajas de la biotecnología se tienen:




Rendimiento superior. Mediante los OGM el rendimiento de los cultivos
aumenta, dando más alimento por menos recursos, disminuyendo las
cosechas perdidas por enfermedad o plagas así como por factores
ambientales.18
Reducción de pesticidas. Cada vez que un OGM es modificado para
resistir una determinada plaga se está contribuyendo a reducir el uso de
los plaguicidas asociados a la misma que suelen ser causantes de
grandes daños ambientales y a la salud.19
Mejora en la nutrición. Se puede llegar a introducir vitaminas20 y
proteínas adicionales en alimentos así como reducir los alergenos y
toxinas naturales. También se puede intentar cultivar en condiciones
extremas lo que auxiliaría a los países que tienen menos disposición de
alimentos.
Mejora en el desarrollo de nuevos materiales.21
La aplicación de la biotecnología presenta riesgos que pueden clasificarse en
dos categorías diferentes: los efectos en la salud humana y de los animales y
las consecuencias ambientales.22 Además, existen riesgos de un uso
éticamente cuestionable de la biotecnología moderna.23
Riesgos para el medio ambiente
Entre los riesgos para el medio ambiente cabe señalar la posibilidad de
polinización cruzada, por medio de la cual el polen de los cultivos
genéticamente modificados (GM) se difunde a cultivos no GM en campos
cercanos, por lo que pueden dispersarse ciertas características como
resistencia a los herbicidas de plantas GM a aquellas que no son GM.24 Esto
que podría dar lugar, por ejemplo, al desarrollo de maleza más agresiva o de
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parientes silvestres con mayor resistencia a las enfermedades o a los estreses
abióticos, trastornando el equilibrio del ecosistema.22
Otros riesgos ecológicos surgen del gran uso de cultivos modificados
genéticamente con genes que producen toxinas insecticidas, como el gen del
Bacillus thuringiensis. Esto puede hacer que se desarrolle una resistencia al
gen en poblaciones de insectos expuestas a cultivos GM. También puede
haber riesgo para especies que no son el objetivo, como aves y mariposas, por
plantas con genes insecticidas.24
También se puede perder biodiversidad, por ejemplo, como consecuencia del
desplazamiento de cultivos tradicionales por un pequeño número de cultivos
modificados genéticamente".22
Riesgos para la salud
Existen riesgos de transferir toxinas de una forma de vida a otra, de crear
nuevas toxinas o de transferir compuestos alergénicos de una especie a otra, lo
que podría dar lugar a reacciones alérgicas imprevistas.22
Existe el riesgo de que bacterias y virus modificados escapen de los
laboratorios de alta seguridad e infecten a la población humana o animal. 25
Los agentes biológicos se clasifican, en función del riesgo de infección, en
cuatro grupos:26




Agente biológico del grupo 1: aquél que resulta poco probable que cause
una enfermedad en el hombre.
Agente biológico del grupo 2: aquél que puede causar una enfermedad
en el hombre y puede suponer un peligro para los trabajadores, siendo
poco probable que se propague a la colectividad y existiendo
generalmente profilaxis o tratamiento eficaz.
Agente biológico del grupo 3: aquél que puede causar una enfermedad
grave en el hombre y presenta un serio peligro para los trabajadores,
con riesgo de que se propague a la colectividad y existiendo
generalmente una profilaxis o tratamiento eficaz.
Agente biológico del grupo 4: aquél que causando una enfermedad
grave en el hombre supone un serio peligro para los trabajadores, con
muchas probabilidades de que se propague a la colectividad y sin que
exista generalmente una profilaxis o un tratamiento eficaz.
Preocupaciones éticas y sociales
Los avances en genética y el desarrollo del Proyecto Genoma Humano, en
conjunción con las tecnologías reproductivas, han suscitado preocupaciones de
carácter ético sobre las cuales aún no hay consenso.23
108
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




Reproducción asistida del ser humano. Estatuto ético del embrión y del
feto. Derecho individual a procrear.
Sondeos genéticos y sus posibles aplicaciones discriminatorias:
derechos a la intimidad genética y a no saber predisposiciones a
enfermedades incurables.
Modificación del genoma humano para "mejorar" la naturaleza humana.
Clonación y el concepto de singularidad individual ante el derecho a no
ser producto del diseño de otros.
Cuestiones derivadas del mercantilismo de la vida (p. ej., patentes
biotecnológicas).
Reconociendo que los problemas éticos suscitados por los rápidos adelantos
de la ciencia y de sus aplicaciones tecnológicas deben examinarse teniendo en
cuenta no sólo el respeto debido a la dignidad humana, sino también la
observancia de los derechos humanos, la Conferencia General de la UNESCO
aprobó en octubre de 2005 la Declaración Universal sobre Bioética y Derechos
Humanos.27
Personajes influyentes en la Biotecnología




Gregor Mendel - Describió las leyes de Mendel, que rigen la herencia
genética,
Pasteur - Realizó descubrimientos importantes en el campo de las
ciencias naturales, principalmente en química y microbiología - Describió
científicamente el proceso de pasteurización y la imposibilidad de la
generación espontánea y desarrolló diversas vacunas, como la de la
rabia.
Watson y Crick - Descubridores de la estructura del ADN.
Beadle y Tatum.
1.4.3.- Bioética.
La bioética es la rama de la ética que aspira a proveer los principios
orientadores de la conducta humana en el campo biomédico. Etimológicamente
proviene del griego bios y ethos: "ética de la vida", la ética aplicada a la vida
humana.
En un sentido más amplio, sin embargo, la Bioética no se limita al ámbito
médico, sino que incluye todos los problemas morales que tienen que ver con
la vida en general, extendiendo de esta manera su campo a cuestiones
relacionadas con el medio ambiente y al trato debido a los animales.
La bioética es una disciplina relativamente nueva y el origen del término
corresponde al oncólogo norteamericano Van Rensselaer Potter, quien utilizó el
término por primera vez en 1970 en un artículo publicado en la revista de la
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Universidad de Wisconsin "Perspectives in Biology and Medicine" y cuyo título
ostentaba por primera vez dicho término: "Bioética: la ciencia de la
supervivencia". Posteriormente, el año 1971, Potter publica un libro con el título
de "Bioética: Puente hacia el futuro" (Bioethics: Bridge to the future) en el cual
se recogen varios de sus artículos.
Definición y dominio
La Bioética abarca las cuestiones éticas acerca de la vida que surgen en las
relaciones entre biología, medicina, política, derecho, filosofía y teología. Existe
un desacuerdo acerca del dominio apropiado para la aplicación de la ética en
temas biológicos. Algunos bioéticos tienden a reducir el ámbito de la ética a la
moralidad en tratamientos médicos o en la innovación tecnológica. Otros, sin
embargo, opinan que la ética debe incluir la moralidad de todas las acciones
que puedan ayudar o dañar organismos capaces de sentir miedo y dolor.
El criterio ético fundamental que regula esta ciencia es el respeto al ser
humano, a sus derechos inalienables, a su bien verdadero e integral: la
dignidad de la persona.
Por la íntima relación que existe entre la bioética y la antropología, la visión que
de ésta se tenga condiciona y fundamenta la solución ética de cada
intervención técnica sobre el ser humano.
La bioética es con frecuencia material de discusión política, resultando en
crudos enfrentamientos entre aquellos que defienden el progreso tecnológico
en forma incondicionada y aquellos que consideran que la tecnología no es un
fin en sí, sino que debe estar al servicio de la persona humana.
Las primeras declaraciones de bioética surgen con posterioridad a la Segunda
Guerra Mundial, cuando el mundo se escandaliza con el descubrimiento de los
experimentos médicos llevados a cabo por los facultativos del régimen
hitleriano sobre los prisioneros en los campos de concentración. Esta situación,
a la que se suma el dilema planteado por el invento de la fístula para diálisis de
Scribner (Seattle, 1960), las prácticas del Hospital Judío de Enfermedades
Crónicas (Brooklyn, 1963) o la Escuela de Willowbrook (Nueva York, 1963),
van configurando un panorama donde se hace necesaria la regulación, o al
menos, la declaración de principios a favor de las víctimas de estos
experimentos. Ello determina la publicación de diversas declaraciones y
documentos bioéticos.
Principios fundamentales de la bioética
En 1979, los bioeticistas Beauchamp, T.L y Childress, J.F, 1 definieron como
cuatro los principios de la Bioética: autonomía, no maleficencia, beneficencia
y justicia. En un primer momento definieron que estos principios son prima
facie, esto es, que vinculan siempre que no colisionen entre ellos, en cuyo caso
habrá que dar prioridad a uno u otro dependiendo del caso. Sin embargo en
110
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2003, Beauchamp 2 considera que los principios deben ser especificados para
aplicarlos a los análisis de los casos concretos, o sea, deben ser discutidos y
determinados por el caso concreto a nivel casuístico.
Los cuatro principios definidos por Beauchamp y Childress son:
Principio de autonomía [
Principio de respeto a las personas que impone la obligación de asegurar las
condiciones necesarias para que actúen de forma autónoma. La autonomía
implica responsabilidad y es un derecho irrenunciable, incluso para una
persona enferma. Una persona autónoma tiene capacidad para obrar, facultad
de enjuiciar razonablemente el alcance y el significado de sus actuaciones y
responder por sus consecuencias.
El principio de autonomía tiene un carácter imperativo y debe respetarse como
norma, excepto cuando se dan situaciones en que las personas puedan ser no
autónomas o presenten una autonomía disminuida (menores de edad,
personas en estado vegetativo o con daño cerebral, etc.) siendo necesario en
tal caso justificar porqué no existe autonomía o porqué ésta se encuentra
disminuida. En el ámbito médico, el consentimiento informado es la máxima
expresión de este principio de autonomía, constituyendo un derecho del
paciente y un deber del médico, pues las preferencias y los valores del enfermo
son primordiales desde el punto de vista ético y supone que el objetivo del
médico es respetar esta autonomía porque se trata de la salud del paciente.
Principio de beneficencia
Obligación de actuar en beneficio de otros, promoviendo sus legítimos
intereses y suprimiendo perjuicios. En medicina, promueve el mejor interés del
paciente pero sin tener en cuenta la opinión de éste. Supone que el médico
posee una formación y conocimientos de los que el paciente carece, por lo que
aquél sabe (y por tanto, decide) lo más conveniente para éste. Es decir "todo
para el paciente pero sin contar con él".
Un primer obstáculo al analizar este principio es que desestima la opinión del
paciente, primer involucrado y afectado por la situación, prescindiendo de su
opinión debido a su falta de conocimientos médicos. Sin embargo, las
preferencias individuales de médicos y de pacientes pueden discrepar respecto
a qué es perjuicio y qué es beneficio. Por ello es difícil defender la primacía de
este principio, pues si se toman decisiones médicas desde éste, se dejan de
lado otros principios válidos como la autonomía o la justicia.
Principio de no maleficencia (Primum non nocere)
Abstenerse intencionadamente de realizar acciones que puedan causar daño o
perjudicar a otros. Es un imperativo ético válido para todos, no sólo en el
ámbito biomédico sino en todos los sectores de la vida humana. En medicina,
eso sí, este principio debe encontrar una interpretación adecuada pues a veces
las actuaciones médicas dañan para obtener un bien. Entonces, de lo que se
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trata es de no perjudicar innecesariamente a otros. El análisis de este principio
va de la mano con el de beneficencia, para que prevalezca el beneficio sobre el
perjuicio.
Las implicaciones médicas del principio de no maleficencia son varias: tener
una formación teórica y práctica rigurosa y actualizada permanentemente para
dedicarse al ejercicio profesional, investigar sobre tratamientos, procedimientos
o terapias nuevas, para mejorar los ya existentes en vistas de que sean menos
dolorosos y lesivos para los pacientes; avanzar en el tratamiento del dolor;
evitar la medicina defensiva y con ello, la multiplicación de procedimientos y/o
tratamientos innecesarios.
Principio de justicia
Tratar a cada uno como corresponda con la finalidad de disminuir las
situaciones de desigualdad (biológica, social, cultural, económica, etc.) En
nuestra sociedad, y en el ámbito sanitario la igualdad entre todos los hombres
es sólo una aspiración; es decir, se pretende que sean menos desiguales, por
lo que se impone la obligación de tratar igual a los iguales y desigual a los
desiguales para disminuir las situaciones de desigualdad.
El principio de justicia lo podemos desdoblar en dos: un principio formal (tratar
igual a los iguales y desigual a los desiguales) y un principio material
(determinar las características relevantes para la distribución de los recursos
sanitarios: necesidades personales, mérito, capacidad económica, esfuerzo
personal, etc.)
Las políticas públicas se diseñan de acuerdo a ciertos principios materiales de
justicia. En España por ejemplo, la asistencia sanitaria es teóricamente
universal y gratuita, por tanto basada en el principio de la necesidad. En
cambio, en Estados Unidos la mayoría de la asistencia sanitaria de la población
está basada en los seguros individuales contratados con compañías privadas
de asistencia médica.
Para excluir cualquier tipo de arbitrariedad es necesario determinar qué
igualdades o desigualdades se van a tener en cuenta para determinar el
tratamiento que se va a dar a cada uno. El enfermo espera que el médico haga
todo lo posible en beneficio de su salud. Pero también debe saber que las
actuaciones médicas están limitadas por una situación impuesta al médico,
como intereses legítimos de terceros.
La relación médico paciente se basa fundamentalmente en los principios de
beneficencia y de autonomía, pero cuando estos principios entran en conflicto,
a menudo por la escasez de recursos, es el principio de justicia el que entra en
juego para mediar entre ellos. En cambio, la política sanitaria se basa en el
principio de justicia, y será tanto más justa en cuanto que consiga una mayor
igualdad de oportunidades para compensar las desigualdades.
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