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FUNDAMENTOS
CAPITULO 2
Genética
El núcleo
de cada una de las células del organismo contiene el denominado
material genético, es decir las espirales de ADN
(ácido desoxirribonucleico) dispuestas
de manera compleja para formar los cromosomas. Las células humanas
contienen 23 pares de cromosomas (46 en total), incluidos un par de
cromosomas sexuales.
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Estructura del ADN
El ADN (ácido desoxirribonucleico)
es el material genético de la célula y aparece en
forma de filamentos débilmente entrelazados a modo de ovillo,
denominados cromatina, en el núcleo de cada célula.
Justo antes de que la célula se divida, la cromatina se
espiraliza y se forman los cromosomas. La molécula de ADN
es una larga doble hélice enrollada sobre sí misma,
semejante a una escalera de caracol. En ella, dos ramales compuestos
de moléculas de azúcar (desoxirribosa) y fosfatos,
se conectan gracias al apareamiento de cuatro moléculas
denominadas bases, que forman los eslabones de la escalera. En
los eslabones, la adenina se aparea con la timina y la guanina
con la citosina. Así mismo, cada par de bases está
unido por un enlace de hidrógeno. Un gen es un segmento
de ADN que tiene una determinada función y está
constituido por una secuencia específica de bases.
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La molécula de ADN es una hélice
larga y doble, semejante a una escalera de caracol. Los eslabones de
esta cadena, que determinan el código genético de cada
individuo, se componen de pares de cuatro tipos de moléculas
denominadas bases (adenina, timina, guanina y citosina). La adenina
se empareja con la timina y la guanina con la citosina. El código
genético está escrito en tripletes, de manera que cada
grupo de tres eslabones de la cadena codifica la producción de
uno de los aminoácidos, los cuales son los componentes que constituirán
las proteínas.
La hélice de ADN se abre longitudinalmente
cuando una parte de esta molécula controla activamente alguna
función de la célula. Una rama de la hélice abierta
queda inactiva mientras que la otra actúa como patrón
para formar una rama complementaria de ARN
(ácido ribonucleico). Las bases del
ARN se ordenan en la misma secuencia que las bases de la rama inactiva
del ADN, con la diferencia de que el ARN, en vez de timina, contiene
una base denominada uracilo. La copia de ARN, llamada ARN mensajero
(ARNm), se separa del ADN, abandona el núcleo, pasa al citoplasma
de la célula y se une a los ribosomas, donde tiene lugar la biosíntesis
de las proteínas. El ARNm transmite al ribosoma la información
sobre la secuencia de aminoácidos que se necesitan para construir
una proteína específica y el ARN transportador (ARNt),
un tipo de ARN mucho más pequeño, conduce los aminoácidos
al ribosoma. Cada molécula de este ARNt transporta e incorpora
un aminoácido a la cadena de proteína que se está
sintetizando.
Un gen
contiene la información necesaria para construir una proteína.
Los genes varían de tamaño según el tamaño
de la proteína y se ordenan en una secuencia específica
en los cromosomas. Se denomina "locus" a la localización
de cada gen en particular.
Los
dos cromosomas sexuales determinan el sexo del feto. El varón
tiene un cromosoma sexual X y uno Y; la mujer
tiene dos cromosomas X, de los cuales sólo uno es activo. El
cromosoma Y contiene relativamente pocos genes pero uno de ellos determina
el sexo. En los varones se expresan casi todos los genes del cromosoma
X, ya sean dominantes o recesivos. Los genes del cromosoma X se denominan
genes ligados al sexo o al cromosoma X.
Inactivación del
cromosoma X
Dado
que la mujer tiene dos cromosomas X, posee el doble de genes de cromosomas
X que un varón. En principio este hecho debería provocar
un exceso de algunos genes. De todas formas, se cree que uno de los
dos cromosomas X de cada célula femenina se inactiva al principio
de la vida del feto, exceptuando los cromosomas de los óvulos
en los ovarios. El cromosoma X inactivo (cuerpo de Barr) se observa
al microscopio como una protuberancia densa en el núcleo de la
célula.
La inactivación
del cromosoma X explica ciertas constataciones, como, por ejemplo, que
el exceso de cromosomas X cause muchas menos anomalías del desarrollo
que el exceso de cromosomas no sexuales (autosómicos). Al parecer,
esto se debe a que sólo queda un cromosoma X activo, cualquiera
que sea la dotación de cromosomas X de un individuo. En la mujer
con tres cromosomas X (síndrome de triple X) con frecuencia no
se manifiestan alteraciones físicas ni psicológicas. Por
el contrario, un cromosoma autosómico adicional (trisomía)
puede ser mortal durante la primera fase del desarrollo fetal. Un bebé
nacido con un cromosoma autosómico adicional presenta graves
trastornos físicos y mentales. De la misma manera, la ausencia
de un cromosoma autosómico siempre es mortal para el feto pero
la ausencia de un cromosoma X en general provoca trastornos menos graves
(síndrome de Turner).
Anomalías
de los genes
Son bastante frecuentes
las anomalías de uno o más genes, sobre todo de los recesivos.
Cada individuo tiene de seis a ocho genes recesivos anormales, los cuales
provocarán un funcionamiento anormal de las células sólo
si existen dos similares. Las probabilidades de que eso ocurra son escasas
en la población general; no obstante, aumentan en niños
de padres con parentesco cercano, al igual que en aquellos grupos cerrados
que se casan entre sí, como lo demuestran los estudios adelantados
con los miembros de las comunidades religiosas Amish y Menonitas.
Se denomina genotipo
a la dotación genética o a la información hereditaria
de una persona. La expresión individual del genotipo se denomina
fenotipo.
Todas las características
diferenciales hereditarias (rasgos) están codificadas por los
genes. Algunas, como el color del cabello, simplemente diferencian a
una persona de otra y no se consideran anormales. Sin embargo, una enfermedad
hereditaria puede ser el resultado de características anormales
que aparecen como expresión de un gen anormal.
Anomalías
provocadas por un solo gen
Los efectos producidos
por un gen anormal dependerán de su carácter dominante
o recesivo y de su posible localización en un cromosoma X. Como
cada gen controla la producción de una proteína en particular,
un gen anormal produciría una proteína anormal o bien
una cantidad anormal de la misma, lo cual podría causar anomalías
en el funcionamiento de la célula y, en definitiva, en la apariencia
física o en las funciones corporales.
Genes no ligados
al cromosoma X
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Herencia de genes anormales recesivos
Algunas enfermedades tienen su origen en
un gen anormal recesivo. Para que se transmita la enfermedad,
el individuo afectado debe recibir dos genes enfermos, uno de
cada progenitor. Si cada uno de los progenitores tiene un gen
anormal y otro normal, no padecen el trastorno pero pueden transmitir
el gen anormal a sus hijos. Cada hijo tiene un 25 por ciento
de probabilidades de heredar dos genes anormales (y, por lo
tanto, de desarrollar la enfermedad), un 25 por ciento de heredar
dos genes normales y un 50 por ciento de heredar uno normal
y otro anormal (lo que les convierte en portadores de la enfermedad;
igual que sus padres).
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El efecto (rasgo) de
un gen anormal dominante en un cromosoma autosómico puede ser
una deformidad, una enfermedad, o una tendencia a desarrollar ciertas
enfermedades.
En general, los siguientes
principios se aplican a la expresión de rasgos determinados por
un gen dominante :
· Los individuos
con un rasgo determinado tienen como mínimo un progenitor con
ese rasgo, a menos que éste sea producto de una nueva mutación.
· Con frecuencia
la causa de los rasgos genéticos anormales se debe más
a nuevas mutaciones genéticas que a la herencia de los padres.
· Cuando uno de
los progenitores tiene un rasgo anormal que el otro no tiene, cada descendiente
tendrá un 50 por ciento de probabilidades de heredarlo y un 50
por ciento de no hacerlo. Sin embargo, todos sus hijos lo tendrán
si el progenitor con el rasgo anormal tiene dos copias del gen anormal,
aunque esta circunstancia es muy poco frecuente.
· Un individuo
que no tiene el rasgo anormal no es portador del gen y, aunque sus hermanos
sí lo tengan, no puede transmitirlo a su descendencia.
· Tanto los varones
como las mujeres tienen la misma probabilidad de resultar afectados.
· La anomalía
puede aparecer, y de hecho habitualmente lo hace, en todas las generaciones.
Los siguientes principios se aplican a rasgos
determinados por un gen recesivo:
· Prácticamente
en todos los individuos con el rasgo se encontrará que ambos
progenitores tienen el gen, aunque no tengan el rasgo.
· Las mutaciones
son responsables de la expresión del rasgo sólo en muy
raras ocasiones.
· Cuando uno de
los progenitores posee el rasgo y el otro tiene un gen recesivo pero
no tiene el rasgo, es probable que la mitad de sus hijos tenga el rasgo;
los demás serán portadores con un gen recesivo. Si el
progenitor sin el rasgo no tiene el gen recesivo anormal, ninguno de
sus hijos tendrá el rasgo pero todos sus hijos heredarán
un gen anormal que podrán transmitir a su descendencia.
· Es probable que
un individuo cuyos hermanos tengan el rasgo anormal sea portador de
un gen anormal, aunque él mismo no tenga tal rasgo.
· Tanto los varones
como las mujeres tienen la misma probabilidad de resultar afectados.
· En general
la anormalidad no
aparece en todas
las generaciones, a menos que ambos progenitores tengan el rasgo.
Los genes dominantes
que causan enfermedades graves son raros y tienden a desaparecer porque
los portadores, con frecuencia, están demasiado enfermos para
tener hijos. No obstante hay excepciones, como la corea de Huntington,
que causa un grave deterioro de las funciones cerebrales y que comienza
por lo general después de los 35 años. Debido a esta peculiaridad,
la aparición de los síntomas puede ser posterior al nacimiento
de los hijos.
Es importante tener
en cuenta que los genes recesivos sólo se expresan visiblemente
cuando se tienen dos de ellos. Un individuo con un gen recesivo no tiene
el rasgo aunque sea portador del mismo y pueda transmitirlo a sus hijos.
Genes ligados
al cromosoma X
La escasez de genes
del cromosoma Y en los varones hace que los genes del cromosoma X (ligados
al X o ligados al sexo), sean éstos dominantes o recesivos, estén
casi siempre sin pareja y que por lo tanto se expresen. Pero en las
mujeres, debido a que tienen dos cromosomas X,
se aplican los mismos principios a los genes ligados al cromosoma X
que a los genes de cromosomas autosómicos; es decir, a menos
que los dos genes de un par sean recesivos, sólo se expresarán
los genes dominantes.
En el caso de que un
gen anormal ligado al cromosoma X sea dominante, los varones con esta
afección transmitirán la anomalía a todas sus hijas
pero a ninguno de sus hijos porque éstos reciben el cromosoma
Y, que no posee el gen anormal. Por el contrario,
las mujeres afectadas con un solo gen anormal transmitirán la
anomalía a la mitad de sus hijos, tanto varones como mujeres.
Si un gen anormal ligado
al cromosoma X es recesivo, casi todos los que posean el rasgo serán
varones. Los varones sólo transmiten el gen anormal a sus hijas,
las cuales se convierten en portadoras. En cambio, las madres portadoras
no poseen el rasgo pero transmiten el gen a la mitad de sus hijos varones,
que generalmente lo tendrán. Aunque ninguna de sus hijas tenga
el rasgo, la mitad de ellas serán portadoras.
El daltonismo o incapacidad
de percibir los colores rojo y verde, trastorno causado por un gen recesivo
ligado al cromosoma X, afecta a un 10 por ciento de los varones pero
es poco habitual entre las mujeres.
En los varones, el
gen que provoca el daltonismo proviene de una madre con el mismo trastorno
o que tiene una visión normal pero es portadora del gen que lo
provoca. Por ello, nunca proviene del padre, que es quien proporciona
el cromosoma Y. Es poco frecuente que las hijas de padres daltónicos
tengan este trastorno, aunque siempre sean
portadoras del gen
del daltonismo.
Herencia codominante
Herencia de genes anormales recesivos
vinculados al cromosoma X
Si un gen está ligado al cromosoma
X, aparece en el cromosoma X y no en el cromosoma Y. La enfermedad
resultante de un gen recesivo anormal ligado al cromosoma X
se desarrolla por lo general en los varones, ya que éstos
tienen un solo cromo-soma X. Las mujeres tienen dos cromosomas
X; por lo tanto, reciben un gen normal en el segundo cromosoma
X. Como el gen normal es dominante, las mujeres no desarrollan
la enfermedad. Si el padre tiene un gen recesivo anormal en
su cromosoma X y la madre tiene dos genes normales, todas sus
hijas reciben un gen anormal y otro normal, haciéndolas
portadoras. En cambio ninguno de los hijos varones recibe el
gen anormal. Si la madre es portadora y el padre tiene el gen
normal, cada hijo varón tiene un 50 por ciento de probabilidades
de recibir el gen anormal de la madre. Cada hija tiene un 50
por ciento de probabilidades de recibir un gen anormal y otro
normal (convirtiéndose en portadoras) o de recibir dos
genes normales.
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La
herencia codominante se caracteriza por la expresión de ambos
genes. En la anemia drepanocítica, por ejemplo, si el individuo
tiene un gen normal y otro anormal, produce un pigmento normal y otro
anómalo en los glóbulos rojos (hemoglobina).
Genes mitocondriales
anormales
Dentro de cada una de
las células se hallan las mitocondrias, minúsculas estructuras
que proporcionan energía a la célula y que contienen un
cromosoma circular. Varias enfermedades poco frecuentes se deben a la
transmisión de genes anormales que contiene dicho cromosoma mitocondrial.
Cuando un
óvulo es fertilizado, sólo las mitocondrias del óvulo
forman parte del feto en desarrollo, por lo que todas las mitocondrias
del esperma son eliminadas.
En consecuencia, las
enfermedades causadas por los genes mitocondriales anormales se transmiten
por la madre; el padre no puede transmitirlas aunque tenga genes mitocondriales
anormales.
Genes que provocan
cáncer
Las células
cancerígenas pueden contener oncogenes,
o sea, genes que provocan el cáncer (genes tumorales). En ocasiones
se trata de versiones anormales de los genes responsables del crecimiento
y del desarrollo que están presentes sólo en el feto y
que en general se desactivan de forma permanente después del
nacimiento. Si estos oncogenes se reactivan más adelante, en
cualquier momento de la vida, pueden, como consecuencia, causar cáncer.
Se desconoce la causa de la reactivación
de estos oncogenes.
Tecnología
genética
La detección
de enfermedades genéticas, antes o después del nacimiento,
se está perfeccionando gracias a los adelantos tecnológicos;
el avance es especialmente rápido en el campo relacionado con
el ADN.El
Proyecto del genoma
humano, actualmente en marcha, tiene por objetivo la identificación
y el trazado del mapa de todos los genes de los cromosomas humanos.
El genoma es el conjunto genético de un individuo. En cada locus
de cada uno de los cromosomas se encuentra un gen y la función
de un cierto locus, como el determinar el color de los ojos, es la misma
en todos los individuos. Sin embargo, el gen específico que está
en ese lugar varía y confiere a cada uno sus características
individuales.
Diversos
procedimientos se emplean para obtener las
copias necesarias de un gen para su estudio. La clonación es
el método que permite lograr reproducciones de un gen humano
en el laboratorio. Habitualmente, el gen que se copia se une al ADN
del interior de una bacteria y, cada vez que ésta se reproduce,
realiza una copia exacta de todo su ADN, incluyendo el gen añadido.
Como las bacterias se multiplican muy rápidamente, en poco tiempo
se producen millones de copias del original.Otra
técnica para copiar
el ADN utiliza la reacción en cadena de la polimerasa (PCR).
Un segmento específico de ADN que contiene un gen específico
puede ser copiado (amplificado) más de 200 000 veces en el laboratorio,
en cuestión de horas. El ADN de una sola célula es suficiente
para iniciar una reacción en cadena de la polimerasa.
Para localizar un gen
específico en un cromosoma determinado
se utiliza una sonda de ADN, que es un gen clonado o copiado al que
se agrega un átomo radiactivo. La sonda marcada selecciona un
segmento de ADN complementario y se une a dicho segmento; la sonda en
cuestión se puede detectar entonces mediante sofisticadas técnicas
de fotografía. Con este procedimiento se diagnostica un buen
número de enfermedades antes del nacimiento o después
del mismo. En el futuro es probable que las sondas genéticas
sean capaces de examinar a los individuos y detectar la presencia de
enfermedades genéticas graves, aunque no todos los portadores
del gen de una enfermedad la desarrollen.
Una técnica habitual
para identificar el ADN es la prueba de Southern blot, que consiste
en la extracción del ADN de la célula del individuo y
su división en fragmentos exactos con una enzima denominada endonucleasa
de restricción. Los fragmentos se separan en un gel por electroforesis,
se colocan en un filtro de papel y se cubren con una sonda previamente
marcada. La identificación del fragmento
de ADN correspondiente se logra debido a que la sonda se une
solamente a su imagen complementaria.
