Genética y salud

Ácido desoxirribonucleico (ADN)

Ácido desoxirribonucleico (ADN), material genético de todas las células, lleva la información

necesaria para dirigir la síntesis de proteínas y la replicación. Se llama síntesis de proteínas a la

producción de las proteínas que necesita la célula para realizar sus actividades y desarrollarse.

La replicación es el conjunto de reacciones por medio de las cuales el ADN se copia a sí mismo

cada vez que una célula se reproduce y transmite a la

descendencia la información que contiene.

Estructura del ADN

Cada molécula de ADN está constituida por dos cadenas

o bandas formadas por un elevado número de

nucleótidos. Estas cadenas forman una especie de

escalera retorcida que se llama doble hélice. Cada

nucleótido está formado por: una molécula de azúcar

llamada desoxirribosa, un grupo fosfato y uno de cuatro

posibles compuestos nitrogenados llamados bases:

adenina (A), guanina (G), timina (T) y citosina (C).

La molécula de desoxirribosa ocupa el centro del

nucleótido y está flanqueada por un grupo fosfato a un

lado y una base al otro. El grupo fosfato está a su vez unido a la desoxirribosa del nucleótido adyacente de la cadena.

Estas subunidades enlazadas desoxirribosa-fosfato forman los lados de la escalera; las bases están enfrentadas por

parejas, mirando hacia el interior, y forman los travesaños.

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.

En 1953, el bioquímico estadounidense James Watson y el

biofísico británico Francis Crick publicaron la primera descripción de la estructura del ADN. Su modelo adquirió tal

importancia para comprender la síntesis proteica, la replicación del ADN y las mutaciones, que los científicos

obtuvieron en 1962 el Premio Nobel de Medicina por su trabajo.

1

Síntesis Proteica

Una de las tareas más importantes de la célula es la síntesis de proteínas, moléculas que intervienen en la mayoría

de las funciones celulares.

El ADN incorpora las instrucciones de producción de proteínas.

Recordemos que una proteína es un compuesto formado por

moléculas pequeñas llamadas aminoácidos, que determinan su

estructura y función.

La secuencia de aminoácidos está a su vez determinada por la

secuencia de bases de los nucleótidos del ADN.

Cada secuencia de tres bases, llamada triplete, constituye una

“palabra” del código genético o codón, que especifica

un aminoácido determinado.

Así, el triplete GAC (guanina, adenina, citosina) es el codón correspondiente al aminoácido leucina, mientras que el

CAG (citosina, adenina, guanina) corresponde al aminoácido valina.

Por tanto, una proteína formada por 100 aminoácidos queda codificada por un segmento de 300 nucleótidos de

ADN.

De las dos cadenas de polinucleótidos que forman una molécula de ADN, sólo una, llamada paralela, contiene la

información necesaria para la producción de una secuencia de aminoácidos determinada. La otra, llamada

antiparalela, ayuda a la replicación.

La síntesis proteica comienza con la separación de la molécula de ADN en sus dos hebras. En un proceso llamado

transcripción, una parte de la

hebra paralela actúa como

plantilla para formar una

nueva cadena que se llama

ARN mensajero o ARNm.

El ARNm sale del núcleo

celular y se acopla a los

ribosomas, unas estructuras

celulares especializadas que

actúan como centro de

síntesis de proteínas. Los

aminoácidos son

transportados hasta los ribosomas por otro tipo de ARN llamado de transferencia (ARNt). Se inicia un fenómeno

2

llamado traducción que consiste en el enlace de los aminoácidos en una secuencia determinada por el ARNm para

formar una molécula de proteína.

La traducción del ARNm ocurre en tres etapas:

- Iniciación. Un ARNt y una molécula de ARNm se colocan sobre un ribosoma. Primero, el ARNt se en laza con

la subunidad ribosomal pequeña en el codón de inicio. Luego, una subunidad grande se enlaza con la

subunidad pequeña.

- Elongación. La cadena polipeptídica empieza a ensamblarse siguiendo la secuencia dictada por los codones

de la molécula del ARNm.

- Terminación. Ocurre cuando aparece un codón de alto en el ARNm. El ARNt no tiene un anticodón

correspondiente. Ciertas proteínas se enlazan con el ribosoma e inician la actividad enzimática que separa al

ARNm y a la cadena polipeptídica del ribosoma.

Un gen es una secuencia de

nucleótidos de ADN que especifica el

orden de aminoácidos de una

proteína por medio de una molécula

intermediaria de ARNm. La

sustitución de un nucleótido de ADN

por otro que contiene una base

distinta hace que todas las células

descendientes contengan esa misma

secuencia de bases alterada.

Como resultado de la sustitución,

también puede cambiar la secuencia

de aminoácidos de la proteína

resultante. Esta alteración de una

molécula de ADN se llama mutación.

Casi todas las mutaciones son

resultado de errores durante el

proceso de replicación. La exposición de una célula a las radiaciones o a determinados compuestos químicos

aumenta la probabilidad de sufrir mutaciones.

3

Cromosomas y genes

Cada molécula de ADN eucarionte, junto con las proteínas unidas a ella, constituyen un cromosoma. Cada especie

tiene un número característico de cromosomas: las células somáticas humanas tienen 46 cromosomas, mientras que

las células germinales tienen 23. A estas últimas se las llama células haploides, y tienen una copia única de cada uno

de los genes humanos.

Los genes, en tanto portadores de la información necesaria para la síntesis de proteínas con secuencias determinadas, son unidades de información sobre rasgos específicos y se transmiten de los progenitores a todos los descendientes. Cada gen tiene una ubicación específica en el cromosoma llamada locus (plural: loci).

Cuando ocurre la fecundación del óvulo, los 23 cromosomas de éste se suman a los 23 cromosomas provenientes del

espermatozoide. De esta forma, se reconstituye el número de cromosomas de la especie, que es de 46. A las células

con los dos juegos completos de genes (un juego completo heredado por vía materna y otro juego completo

heredado por vía paterna), se las llama diploides.

La célula diploide humana, entonces, tiene 23 pares de cromosomas, los 22 pares de cromosomas somáticos o autosomas y los 2 cromosomas sexuales (X e Y). Cada par de cromosomas homólogos tiene la misma longitud y forma y contiene los mismos genes en sus respectivos loci.

Los cromosomas sexuales constituyen la excepción, ya que difieren uno del otro tanto físicamente, como por los genes que portan. Las células diploides de un hombre llevan un cromosoma X y un cromosoma Y (XY) y las de una mujer, dos cromosomas X (XX).

El cromosoma Y, que sólo lleva 330 genes, determina el sexo masculino. El cromosoma X lleva 2062 genes, de los cuales la mayoría controla caracteres no sexuales, como las funciones de coagulación sanguínea.

Genotipo y fenotipoLas mutaciones pueden alterar la estructura molecular del gen y, de esta forma, cambiar la información del gen. Todas las distintas formas moleculares de un mismo gen se denominan alelos. Distintos alelos afectan a los rasgos en formas diferentes.

Como las células somáticas tiene 2 copias de cada gen (por ser diploides), estas pueden ser iguales o distintas. Si los dos alelos de un par son idénticos se llama condición homocigótica. Si por el contrario, lleva dos alelos diferentes, se llama condición heterocigótica.

Se dice que un alelo es dominante cuando su expresión, es decir, su efecto sobre un rasgo, enmascara el del otro alelo, llamado recesivo. Mendel utilizó letras mayúsculas para los alelos dominantes y minúsculas para los recesivos (ej.: A y a).

4

Según sea el par de alelos para un determinado rasgo, el individuo será:

homocigoto dominante. Si tiene un par de alelos dominantes para un determinado rasgo (AA).

homocigoto recesivo. Si tiene dos alelos recesivos (aa).

heterocigoto. Si porta dos alelos no idénticos. (Aa)

Se habla de genotipo para hacer referencia a los alelos que presenta un individuo. En cambio, el fenotipo se refiere a los rasgos observables en el individuo. En el caso anterior, donde existe un alelo dominante, sería de la siguiente forma:

Genotipo FenotipoAA AAa Aaa a

No en todos los rasgos existen formas claramente dominantes y recesivas. El alelo de un par puede ser total o parcialmente dominante respecto de su homólogo, o ser codominante con él.

Leyes de MendelGregor Mendel (1822 - 1884) pasó la mayor parte de su vida en un monasterio en una ciudad austríaca (actualmente perteneciente a la República Checa). Había sido criado en el campo por lo que conocía los principios agrícolas y sus aplicaciones. Al ingresar al monasterio tomó cursos de matemática, física y botánica en la Universidad de Viena.

Estando a cargo de los jardines del monasterio, comenzó a experimentar con las plantas de arveja (Pisum sativum). Las estructuras reproductivas de la flor de arveja (androceo y gineceo) se encuentran en distintas partes de la misma flor, por lo que normalmente ocurre la autopolinización. Mendel experimentó utilizando estambres de flores de plantas con un determinado rasgo para polinizar flores de otras plantas distintas. Supuso que al observar la forma en que se transmitían esos rasgos en muchas generaciones y si aparecían patrones para la herencia de los rasgos, le indicarían algo sobre la propia herencia.

5

Primera LeyMendel supuso que en cada generación una planta heredaba dos unidades (genes) de información acerca de un rasgo determinado. Para probar su idea, dio seguimiento a muchos rasgos en dos generaciones. El había observado que las plantas de arveja suelen transmitir ciertos rasgos de forma que las generaciones sucesivas son iguales a sus progenitoras (ej.: todas las plantas que crecen de semillas de flores blancas que se autopolinizaron tendrían flores blancas). A este tipo de rasgo lo llamó "puro".

En un conjunto de experimentos cruzó plantas de linaje puro de flores blancas con flores de linaje puro de flores moradas (P: generación de progenitores). Todas las plantas de la siguiente generación (F1: descendientes de la primera generación) tuvieron flores moradas.

Ley de la Uniformidad: Al cruzar dos razas puras, todos los descendientes son híbridos e iguales entre sí para el carácter estudiado.

Segunda LeyCuando Mendel permitió que las plantas F1 se autopolinizaran, observó que algunas descendientes (F2: descendientes de la segunda generación) produjeron flores blancas, en una proporción de 1 de cada 4.

Mendel supuso que la unidad morada era dominante, ya que enmascaraba a la unidad blanca en las plantas F1. La proporción de plantas de flores blancas en la F2 le sugirió que la fertilización era un evento aleatorio con diversos resultados posibles y sus nociones de probabilidad le permitieron predecir los resultados de diversos cruces genéticos.

Actualmente, esta experiencia se conoce como cruzamiento monohíbrido, dado que se trabaja con híbridos para un solo rasgo.

Ley de la Segregación: Los factores que determinan cada una de las características hereditarias (genes), se encuentran de a pares en el individuo y sólo se segregan al formarse las gametas y pueden unirse en nuevas combinaciones en el momento de la fecundación.

6

Tercera LeyEn otra serie de experimentos Mendel consideró dos pares de caracteres (es decir, dos genes y cuatro alelos). Cruzó plantas de linaje puro para dos caracteres con diferentes variantes, obteniendo híbridos para los dos caracteres. A éste tipo de cruzamiento se lo denomina dihíbrido. Finalmente observó la distribución de características de las plantas de la F2 (producto de la autopolinización de la F1).

Ley de la segregación independiente de los caracteres: Cuando se forman las gametas, los dos alelos de un gen se separan independientemente de cómo lo hacen los alelos del otro gen.

7

Dominancia incompletaNo siempre los alelos son claramente dominantes o recesivos. Cuando un alelo no es totalmente dominante sobre su compañero, se habla de dominancia incompleta. En este caso, el fenotipo del heterocigoto es intermedio entre los fenotipos de los dos homocigotos.

Un ejemplo de esta situación se aprecia al cruzar una planta de boca de dragón de flores rojas con otra de flores blancas. Todos los descendientes de la F1 tienen flores de color rosa. Al cruzar dos plantas de la F1 se obtienen plantas con flores rojas, rosas y blancas en una proporción de 1:2:1.

CodominanciaEn los casos de codominancia ambos alelos no idénticos se expresan de manera simultánea en los heterocigotos. La codominancia puede observarse, por ejemplo, en el caso de los grupos sanguíneos.

Los glóbulos rojos presentan un glucolípido en sus membranas, para el cual existen formas moleculares ligeramente distintas. la estructura final de este glucolípido depende de una enzima. En los humanos el gen de esta enzima tiene tres alelos. Dos de esos alelos son codominantes (A y B) y el tercero (0), recesivo.

De esta forma, según el genotipo correspondiente a este gen, existen cuatro posibles fenotipos:

Genotipo Fenotipo (grupo sanguíneo)AA AA0 ABB BB0 BAB AB00 0

8