LOS PRIMEROS PASOS DE LA GENÉTICA

LOS PRIMEROS PASOS DE LA GENÉTICA
Las experiencias de Gregor Mendel: piedras fundamentales de la genética
En el año 1865, el monje austriaco Gregor Mendel(1822−1884) fue quien primero investigó
detenidamente las diferencias hereditarias. En definitiva, lo que Mendel investigó es como se transmiten
los caracteres hereditarios de generación en generación y, sin proponérselo, creó una nueva rama de la
biología. En el año 1909, el biólogo inglés William Bateson (1861−1928) introdujo el término genética
para designar la ciencia que estudia la herencia de los caracteres biológicos.
Primera ley de Mendel
Mendel utilizó 12.000 plantas durante ocho años de investigación. Estudió, de forma independiente
unas de otras, siete características de las plantas de arvejas, y cada una de las cuales tenía dos
alternativas posibles. Por ejemplo, el color de las flores: púrpura o blanco.
El diseño experimental de Mendel fue el siguiente:
• Primero dejó que las arvejas se autofecundaran durante varias generaciones para constatar que los
caracteres elegidos se mantenían en forma estable.
• Luego, efectuó cruzamientos entre variedades que exhibía caracteres alternativos.
• Finalmente, permitió que el híbrido obtenido por las cruzas se autofecundara durante varias
generaciones. De este modo, estaba permitiendo que las formas alternativas se segregaran entre la
progenie.
Sobre la base de las conclusiones de sus experiencias, Mendel enunció su primera ley, también conocida
como ley de uniformidad, que dice:
`Todos los descendientes de la cruza entre dos razas puras son iguales entre sí'
Segunda ley de Mendel
Al analizar los resultados de las cruzas, surge la siguiente duda: ¿qué sucede con el carácter del otro
progenitor que no aparece en la descendencia? Para analizar esto Mendel dejó que la F1 se
autopolinizara.
En la segunda generación filial o F2 aparecían los caracteres del progenitor que habían quedado
`ocultos' en la F1. El científico llamó a éstos caracteres recesivos, y a los que aparecieron tanto en la F1
como en la F2, los llamó dominantes.
La única explicación posible que se desprendía de estas observaciones era la siguiente: `'Si uno de los
caracteres alternativos de los padres no aparece en la primera generación, pero aparece en la segunda,
pude deducirse que este carácter persiste, sin modificaciones a lo largo del tiempo, oculto en la primera
generación''
La segunda ley de Mendel, también conocida como ley de la segregación, podría enunciarse, entonces,
de la siguiente manera:
`Cada característica de los individuos es gobernada por un par de factores hereditarios. Los miembros de
ese par segregan(se separan) en la formación de las gametas masculinas y femeninas'
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Los factores hereditarios de los que hablaba Mendel reciben el nombre de genes. Un par de genes
informa sobre un carácter que tiene dos alternativas. Los genes miembros de un mismo par, que llevan
informaciones alternativas sobre un mismo carácter, se llaman alelos.
Si los alelos son iguales, es decir que ambos informan lo mismo será homocigota para ese carácter. Si
los alelos son distintos, el individuo es heterocigota para ese carácter.
Al par de alelos que gobierna un carácter se lo denomina genotipo, y a las características observables
que resultan de la interacción entre los alelos se las llama fenotipo.
En conclusión, el genotipo determina el fenotipo, que sí puede observarse. El genotipo no puede verse,
pero puede inferirse a través del fenotipo, realizando todos los cruzamientos probables.
Mendel expresó matemáticamente las proporciones genotípicas y fenotípicas para la F2 de la siguiente
manera:
• Proporción fenotípica: 75% de semillas amarillas; 25% de semillas verdes.
• Proporción genotípica: 25% AA(homocigota dominante)
25% aa(homocigota recesivo)
50% Aa(heterocigota)
Tercera ley de Mendel
A Mendel no le bastó investigar como se produce la transmisión de un solo carácter (cruzamiento
monohíbrido), sino que emprendió un nuevo desafío: averiguar como se transmiten dos
caracteres(cruzamiento dihíbrido).
Al analizar la segunda generación filial(F2), Mendel formula su tercera ley, también conocida como ley
de distribución independiente, que dice:
`Los factores hereditarios no antagónicos mantienen su independencia a través de las generaciones,
agrupándose al azar en los descendientes'
Como ordenar gráficamente las cruzas: Tablero de Punnett
Para trabajar de forma ordenada con las gametas que se producen en la F2, y realizar todas las cruzas
posibles, se confecciona un diagrama, llamado Tablero de Punnett, en honor al genetista que lo ideó.
En este diagrama se ubican, sobre el borde superior y de forma horizontal, las gametas de uno de los
progenitores. Las gametas que origina el otro progenitor se ubican del lado izquierdo y en forma
vertical.
Cruzamiento prueba o retrocruza
Se ha establecido que ciertos genes son dominantes sobre otros y en estos casos que, al ver el fenotipo,
no puede asegurarse cuál es el genotipo del individuo. Éste puede ser homocigota o heterocigota para el
carácter en estudio.
Para saber cuál es el genotipo del individuo y no dejarse llevar por las apariencias, se realiza un
cruzamiento prueba o retrocruza.
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Se denomina retrocruza a la cruza de un individuo que tiene el fenotipo dominante para un carácter
dado y un individuo homocigota recesivo para ese mismo carácter.
La importancia de la retrocruza radica en que permite conocer la constitución genética de las gametas
formadas por un híbrido, analizando su descendencia.
NUEVAS EXPERIENCIAS
NUEVOS DESCUBRIMIENTOS
Durante mucho tiempo, se desconoció en que parte de la célula se encontraban los genes. Unos años
después de que Mendel elaborara las leyes fundamentales para la genética, se observó que el núcleo de
la célula se tiñe intensamente. En el año 1789, el anatomista alemán Walter Fleming(1843−1905) utilizó
el término cromatina para describir a la sustancia que se colorea dentro del núcleo celular durante el
período de interfase de la mitosis. En las siguientes etapas de la mitosis, se observó que la cromatina se
condensaba, formando unos pequeños corpúsculos a los que el anatomista alemán Wilhelm von
Waldeyer(1836−1921) les dio, en el año 1888, el nombre de cromosomas.
En el año 1903, el científico norteamericano Walter Sutton supuso que los genes se encontraban en los
cromosomas. Su intuición se basaba en el paralelismo que existía entre el comportamiento de los
cromosomas y el de los genes.
Característica de los cromosomas
Los cromosomas son unas estructuras que tienen forma de bastoncillos, constituidos por ADN e
histonas(proteínas básicas del contenido celular). Los cromosomas se forman por condensación de la
cromatina durante la meiosis o la mitosis.
Existen dos tipos de cromosomas:
• Anafásico(con una cromátida)
• Metafásico(con dos cromátidas unidas por un centrómero o constricción primaria)
Los extremos de las cromátidas se denominan telómeros, y los segmentos que hay entre el centrómero y
los telómeros se llaman brazos.
Según la posición del centrómero, se dan cuatro tipos de cromosomas:
• Metacéntricos: el centrómero se sitúa en la mitad de las cromátidas;
• Submetacéntricos: los brazos originados por el centrómero son desiguales;
• Acrocéntricos: los brazos son muy desiguales, uno de ellos es prácticamente nulo;
• Telocéntricos: el centrómero se sitúa en la región del telómero.
Cada pareja de cromosomas se llama par homólogo. Un miembro del par es heredado por el progenitor
masculino, y otro por el progenitor femenino. La posición que ocupa cada gen en cada miembro del par
homólogo se denomina locus, palabra latina cuyo plural es loci.
Los cromosomas homólogos poseen genes homólogos, es decir que el gen que codifica para el color de
ojos está ubicado en el mismo locus en cada miembro del par. Cada alelo puede ser igual o distinto:
ambos pueden codificar para ojos claros, o uno puede llevar información para ojos claros y el otro para
ojos oscuros.
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Teoría cromosómica de la herencia
Fueron fundamentalmente los trabajos del zoólogo norteamericano Thomas Hunt Morgan (1886−1945)
los que dieron forma a la teoría cromosómica de la herencia.
• Los genes(a los que Mendel había denominado `factores hereditarios') están situados en los
cromosomas.
• Los genes se ordenan de forma lineal dentro del cromosoma.
• Los segmentos cromosómicos se intercambian y, junto con ellos, lo hacen también los genes.
Una pequeña mosca de apenas unos pocos milímetros de largo, llamada Drosophila Melanogaster, fue
la responsable de llevar a la práctica los postulados de la teoría cromosómica de la herencia.
Thomas Hunt Morgan llevó a cabo estas experiencias en el año 1910. Intentaba encontrar patrones
regulares de herencia en estos animales, del mismo modo como lo había hecho Mendel con sus Plantas.
El investigador observó que todas las Drosophila tenían los ojos rojos, aunque, ocasionalmente,
aparecían moscas cuyos ojos eran de color blanco y que, además, eran machos. Al cruzar estos machos
de ojos blancos(carácter recesivo) con una hembra de ojos rojos(carácter dominante), obtuvo una F1
100% de ojos rojos, de los cuales, el 50% eran machos y el 50% eran hembras.
Morgan dejó que se cruzaran libremente los individuos de la F1, y obtuvo 75% de moscas de ojos rojos
y 25% de ojos blancos, siendo, estos últimos, todos machos. Fue entonces cuando formuló la siguiente
hipótesis: ``El gen para el color de ojos es llevado solamente por el cromosoma X''.
A este tipo particular de herencia se la denomina herencia ligada al sexo.
Entrecruzamiento y variación
El último postulado de la teoría cromosómica de la herencia afirma que los cromosomas intercambian
segmentos y, por lo tanto, también sus genes. Esta es la explicación que encontró Morgan para justificar
los resultados que obtuvo en la siguiente experiencia.
Morgan cruzó moscas de cuerpo marrón y alas largas con otras de cuerpo negro y alas cortas,
obteniendo, en la F1, 100% de moscas de cuerpo marrón y alas largas.
Cuando los individuos de la F1 se cruzaron entre sí, en lugar de encontrarse la proporción esperada de
9.3:3:1, que es la que se da cuando los genes segregan en forma independiente, se observó que algunas
moscas tenían el cuerpo marrón y las alas cortas, mientras que otra tenían el cuerpo negro y las alas
largas. Esto podría explicarse si los genes, que se creía que estaban en un mismo cromosoma, se
hubieran separado, es decir, que los alelos, a veces, se intercambian entre los cromosomas homólogos.
Se denomina entrecruzamiento o crossing over, al mecanismo mediante el cual se introduce variación
genética, ya que se obtienen fenotipos nuevos.
El entrecruzamiento corrobora que los genes ocupan lugares bien determinados en el cromosoma.
Mapas genéticos
Bridges y Stutervant, dos científicos que trabajaban junto con Morgan en el estudio de la teoría
cromosómica de la herencia, relacionaron el porcentaje del crossing over con las diferentes distancias a
las que se encuentran los genes dentro de los cromosomas, y llegaron a la conclusión de que la
frecuencia de entrecruzamiento es menor cuanto más cerca están los genes entre sí.
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Pudieron graficar la ubicación de cada gen en uno de los cromosomas de Drosophila. A esta
representación gráfica se la llama mapa genético.
La realización de un mapa genético de un ser humano es difícil, ya que posee 46 cromosomas. Sin
embargo, se encuentra en marcha el denominado `Proyecto Genoma Humano', cuyo objetivo es la
confección del mapa de los, aproximadamente, 100.000 genes que contienen toda la información
hereditaria del ser humano.
BASES MOLECULARES DE LA GENÉTICA
En el interior del cromosoma
A partir de la teoría cromosómica de la herencia, se sabe que los genes se localizan en los cromosomas y
ocupan loci específicos. La sustancia química que forma los genes es el ADN(ácido desoxirribonucleico).
El ADN es un polímero de nucleótidos. Cada nucleótido está formado por una molécula de ácido
ortofosfórico, una pentosa(desoxirribosa) y una base nitrogenada.
Las base nitrogenadas que forman el ADN son cuatro: adenina, citosina, guanina y timina. La
secuencia de estas bases y su posición en la cadena de ADN determinan la transmisión de la
información genética.
Estructura y duplicación de ADN
El descubrimiento de la estructura tridimensional del ADN fue uno de los logros científicos más
grandes del mundo. En el año 1953, el científico estadounidense James Watson (1928−) y el científico
inglés Francis Crick (1916−) interpretaron la estructura de esta molécula; por esto, en el año 1962,
recibieron el Premio Nobel de Fisiología y Medicina.
El conocimiento de la estructura del ADN es la clave para comprender la función del gen en término
bioquímicos o moleculares. Watson y Crick propusieron el siguiente modelo molecular, denominado
modelo de la doble hélice:
• Hay dos hebras o cadenas helicoidales de polinucleótidos enrolladas entre sí.
• Las bases nitrogenadas se ubican en el interior de la cadena y se aparean de la siguiente
manera: adenina con timina y guanina con citosina.
• La secuencia de bases a lo largo del polinucleótido no se halla para nada restringida. En esta
secuencia precisa de bases está la información genética.
• Una molécula de ADN puede tener miles de nucleótidos, por lo tanto, existe una gran variedad
en la secuencia de bases. La variedad de esta secuencia determina la variabilidad del material
genético.
La estructura del ADN en forma de doble hélice permite comprender como dicha molécula puede dar
lugar a copias de sí misma, sin perder su conformación.
La duplicación del ADN tiene lugar antes de iniciarse la mitosis o la meiosis.
Para explicar este proceso, se propusieron varias hipótesis, pero una de ellas fue confirmada y es
actualmente aceptada por los científicos: la hipótesis semiconservativa, propuesta por Watson y Crick.
Según la hipótesis semiconservativa, el proceso que se sigue es el siguiente:
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• En el interior del núcleo celular comienzan a separarse las dos hebras de ADN.
• Cada hebra es utilizada como molde para la construcción de una nueva hebra complementaria
• Al final de la duplicación quedan dos hebras dobles. Cada una de ellas está constituida por una hebra
antigua y una hebra nueva.
Como la molécula de ADN es muy grande y posee una gran cantidad de genes, la información genética
se traduce en el ARN mensajero, otro tipo de ácido nucleico mucho más pequeño, capaz de pasar del
núcleo al citoplasma celular. Mediante procesos bioquímicos altamente complicados, el ARN mensajero
transmite su mensaje y da lugar a la formación de proteínas.
Las proteínas son la expresión del mensaje genético, y de ellas depende la totalidad de los caracteres de
un ser vivo.
Se llama código genético a la relación entre la secuencia de bases en el ADN y la correspondiente
secuencia de aminoácidos en las proteínas.
Luego de varias experiencias, se llegó a la conclusión de que un grupo de tres bases
nitrogenadas(llamado codón) codifica un aminoácido.
Ahora se puede dar una definición bioquímica de gen:
Un gen es una porción de secuencia de bases del ADN que tiene la información para un determinado
carácter, es decir, que codifica una proteína.
Las mutaciones
Se denomina mutación al cambio de un gen de una forma alélica a otra, o al cambio heredable de la
secuencia del ADN en una cromosoma.
Las mutaciones no solo pueden producirse de manera espontánea, sino que también pueden ser
incluidas por determinados agentes, denominados mutágenos, como las radiaciones(rayos X y rayos
ultravioletas) y ciertas sustancias químicas(las drogas, como el LSD, la nicotina, el gas mostaza, el
formaldehído, etc.).
Los efectos de algunas mutaciones pasan inadvertidas, pero otras pueden llegar a ser letales. Todo
depende de la zona el ADN que se vea afectada.
Existen tres tipos de mutaciones: genómicas, cromosómicas y moleculares o génicas.
Mutaciones genómicas: Son las mutaciones que afectan el número de cromosomas.
• Las mutaciones que consisten en el aumento del número normal de `juegos de cromosomas' se
denominan poliploidías.
• Las mutaciones que provocan un descenso en el número de `juegos de cromosomas' se llaman
haploidías.
Mutaciones cromosómicas: La alteración se produce en una parte del cromosoma, es decir, que afecta a
un grupo de genes.
Mutaciones moleculares o génicas: Son cambios que se producen en la secuencia de bases del ADN.
HERENCIA Y GENÉTICA HUMANAS
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El cariotipo humano
Se denomina cariotipo a la representación gráfica de los cromosomas presentes en el núcleo de la célula.
Mediante el cariotipo es posible observar, con facilidad, el número, el tamaño y la forma de los
cromosomas. De este modo, se logra la identificación de las aberraciones. También se observan los
pares de cromosomas homólogos.
Cualquiera puede concurrir a un laboratorio genético y pedir la determinación de su propio cariotipo.
Solo basta con la extracción de una gota de sangre.
Para preparar el cariotipo se inhibe, mediante drogas especiales, el movimiento de los cromosomas de
las células sanguíneas durante la fase mitótica. Luego, se tiñen y se fotografían. Posteriormente, se los
recorta y se los ordena según su tamaño.
Anomalías cromosómicas en el ser humano
Las alteraciones observadas, tanto en el número como en la estructura de los cromosomas, provocan
ciertos síndromes y enfermedades en el ser humano.
Algunos ejemplos son:
Síndrome de Down: esta patología aparece cuando en el cromosoma 21 se encuentran tres cromosomas
en lugar de dos. Los individuos con este mal tienen un cromosoma de más, es decir, tienen 47
cromosomas en lugar de 46. Se caracterizan por tener deficiencia mental, anormalidades cardíacas y
alteraciones en el sistema nervioso.
Fenilcetonuria: trastorno del metabolismo provocado por un gen defectuoso, incapaz de codificar la
enzima fenilalanilhidroxilasa, que descompone el aminoácido fenilalanina en otro aminoácido llamado
tirosina. Esta incapacidad hace que se acumulen en el organismo excesos de fenilalanina y de sus
subproductos, altamente tóxicos, los que deterioran el sistema nervioso, provocan retardo mental en
edad temprana y deficiencia de la pigmentación por melanina, entre otras cosas.
Síndrome de klinefelter: Poseen un cromosoma X de más, es decir, que en lugar de ser XY, son XXY. El
cromosoma X de más que poseen les otorga ciertas características femeninas.
En su mayoría, los individuos afectados son varones: tienen testículos pequeños, las glándulas
mamarias son más grandes que lo normal y tienen un menor desarrollo de los caracteres sexuales
secundarios.
Herencia ligada al sexo
Todas las características de los organismos son el resultado de la expresión de sus genes, y esto mismo
ocurre con el sexo.
Todos los cromosomas son iguales en ambos sexos, a excepción del par que gobierna las características
sexuales(heterocromosomas).
En los seres humanos, los 23 pares de autosomas son iguales tanto en el hombre como en la mujer, a
excepción del par sexual.
El cromosoma X es más grande que el cromosoma Y; esto hace que tenga mayor cantidad de genes. A
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pesar de esto, en los hombres, el cromosoma X y el cromosoma Y se aparean en forma parcial y se
comportan como homólogos.
En los heterocromosomas X e Y de los humanos, se distinguen un segmento homólogo y un segmento
heterólogo.
Los segmentos heterólogos no pueden intercambiarse genes entre ellos. Son, por lo tanto, genes
completamente ligados al sexo. A la herencia que determinan estos genes se la denomina herencia
ligada al sexo.
Las enfermedades típicas ligadas al sexo son el daltonismo, la hemofilia y la ictiosis.
Daltonismo: se caracteriza por una anormalidad en la retina que impide una visión correcta de colores.
Comúnmente, es muy difícil de distinguir el rojo del verde.
Hemofilia: los individuos hemofílicos carecen de una proteína que interviene en la coagulación de la
sangre; por lo tanto, ante cualquier herida, se produce una hemorragia que no coagula.
Ictiosis: es una afección de la piel que se caracteriza por la formación de escamas y cerdas. El primer
caso estudiado fue el de Edward Lambert, nacido en Inglaterra en 1716. Sus seis hijos varones
heredaron la ictiosis y la transmitieron a su descendencia, y ninguna de sus hijas heredó esta afección.
Caracteres que se deben a un solo par de alelos
Un carácter que depende de un solo par de alelos es el albinismo. Consiste en la falta del pigmento
melanina en la piel, el cabello y los ojos. Los individuos mm son albinos. Los albinos presentan la piel y
el pelo blancos, y el iris de los ojos azul o, incluso, rojo. Suelen tener miopía y otras anomalías de la
vista.
Otros caracteres que se deben también a un solo alelo recesivo son el rutilismo(pelo rojo y denso) y la
alcaptonuria(ennegrecimiento de la orina y endurecimiento de los cartílagos).
Caracteres que se deben a un solo alelo dominante son la sindactilia(dedos soldados o en menor
número), la polidactilia(más de cinco dedos) y la braquidactilia(dedos muy cortos).
Alelos múltiples
La mayoría de los organismos posee dos alelos para un mismo gen pero, en algunos casos, puede que un
gen tenga más alternativas. Éste es el caso de los grupos sanguíneos en los seres humanos, que son
cuatro.
Herencia poligénica
Muchas veces, un carácter es afectado por dos o más genes. En este tipo de herencia, conocida con el
nombre de herencia poligénica, no se notan diferencias bien marcadas entre los caracteres resultantes,
sino más bien, diferencias pequeñas y graduales.
Algunos caracteres hereditarios, que dependen de varios genes en los seres humanos, son la estatura, la
longevidad, y la resistencia a las enfermedades.
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