FUNDAMENTOS DE PSICOBIOLOGIA

FUNDAMENTOS DE
PSICOBIOLOGIA
Apuntes Tema 2
Bernardo R. Japón
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FUNDAMENTOS DE
PSICOBIOLOGIA
Apuntes Tema 2
TEMA 2: BASES CELULARES Y
MOLECULARES DE LA
HERENCIA
La Genética es la disciplina que estudia la transmisión, expresión y evolución de los genes
(segmentos de ADN), que controlan el funcionamiento, el desarrollo, el aspecto y la
conducta de los organismos.
Mendel (1822-1884) fue pionero en la investigación de la herencia biológica. Enunció unas
leyes que junto con los posteriores avances en biología y la aplicación de las matemáticas
dio lugar a la genética. El redescubrimiento de las leyes de Mendel dio un significado a las
observaciones citológicas realizadas hasta la época, teoría cromosómica de la herencia
(los genes están situados en los cromosomas).
2.1 LAS LEYES DE MENDEL
La base del éxito de los experimentos de Mendel fue la selección de una planta concreta y de
ciertos de sus caracteres discretos (rasgos con variación discontinua, cualitativa como el
color o la textura de la semilla). Además vigiló que las plantas fuesen líneas puras en los
caracteres estudiados (siguientes generaciones por autofecundación siempre fueran
constantes y semejantes a los progenitores). Una vez controlado este aspecto Mendel podía
llevar a cabo la fecundación cruzada y comprobar que la herencia biológica seguía unas
leyes.
2.1.1 Ley de Uniformidad
Esta ley se basa en el estudio realizado sobre las dos variantes (fenotipos) del color de la
flor (Violeta o Blanco) de la planta del guisante.
Mendel cruzó plantas de 2 líneas puras (Generación Parental o P) y la descendencia
constituyó la primera generación filial o F1. A sus descendientes, Mendel los llamó
híbridos. En todos los casos, las flores de la F1 eran de color violeta. A este fenotipo lo
denominó dominante, mientras que al que no se manifestó en la F1, lo llamó recesivo.
Para confirmar los resultados Mendel empleó el cruzamiento recíproco, es decir, si
inicialmente había polinizado plantas blancas con polen de plantas violetas, polinizó
plantas violetas con polen de las blancas consiguiendo exactamente el mismo resultado. De
estos resultados se extrajo la Primera Ley de Mendel o Ley de Uniformidad:
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CUANDO SE CRUZAN DOS LÍNEAS PURAS QUE DIFIEREN EN LAS VARIANTES DE
UN DETERMINADO CARÁCTER, TODOS LOS INDIVIDUOS DE LA F1 PRESENTAN
EL MISMO FENOTIPO, INDEPENDIENTEMENTE DE LA DIRECCIÓN DEL CRUCE
2.1.2 Ley de Segregación
Tras obtener la F1, Mendel permitió que los híbridos se autofecundasen, dando lugar a la
F2, donde aparecieron flores violetas y flores blancas. Mendel observó que la relación de
flores en los resultados eran de 3 a 1 (3:1) a favor de las violetas. Para Mendel, el Gen para
el color de la flor existe en las dos formas o variantes: genes alelomorfos o también
llamados alelos. Cada planta porta dos genes para cada carácter, uno materno y otro
paterno.
Mendel señaló que durante la formación de los gametos, los alelos se segregan de tal forma
que cada gameto recibe un solo alelo. Al juntarse dos gametos, se restablecen por individuo
la dotación doble habitual para cada carácter.
La constitución genética en relación a un carácter o todos los caracteres se denomina
genotipo y la manifestación externa del genotipo es el fenotipo (ejem. Genotipo de un
hibrido Aa y fenotipo color violeta). Por su parte los genotipos pueden ser Homocigotos (2
alelos iguales, aa) y Heterocigotos (2 aleros diferentes, Aa) Los homocigotos solo
producirán un tipo de gameto según su alelo mientras que los heterocigotos 2 tipos unos con
el alero “A” y otros con “a”.
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De estos resultados se extrajo la Segunda Ley de Mendel o Ley de la Segregación:
LAS VARIANTES RECESIVAS ENMASCARADAS EN LA F1 HETEROCIGOTA,
RESULTANTE DEL CRUCE ENTRE DOS LÍNEAS PURAS (POR TANTO
HOMOCIGOTAS) REAPARECEN EN LA SEGUNDA GENERACIÓN FILIAL EN UNA
PROPORCIÓN 3:1, DEBIDO A QUE LOS MIEMBRO DE LA PAREJA ALÉLICA DEL
HETEROCIGOTO SE SEPARAN SIN EXPERIMENTAR ALTERACIÓN ALGUNA
DURANTE LA FORMACIÓN DE LOS GAMETOS.
2.1.3 Ley de Combinación Independiente
Una vez comprobada la herencia de variables de un solo carácter, Mendel estudió la
herencia simultánea de dos caracteres diferentes (semillas amarillas y lisas con semillas
verdes y rugosas). El resultado en la F1 cumplió la primera ley de Mendel saliendo todas
las semillas lisas y amarillas, todos los individuos tenían el mismo fenotipo. El verde y el
rugoso eran recesivas.
La autofecundación de la F1, proporcionó una F2 constituida por la combinación de los 4
caracteres estudiados, semillas amarillas y lisas, amarillas y rugosas, verdes y lisas, y
verdes y rugosas con unas proporciones respectivas de 9:3:3:1, por lo que considerándose de
forma independiente cada carácter, la proporción sigue siendo de 3:1, es decir, cumple la ley
de la segregación. En la F2 habían aparecido combinaciones no presentes en la F1, verdes y
lisas y amarillas y rugosas, dando esto origen a la Tercera Ley de Mendel o Ley de la
Combinación Independiente:
LOS MIEMBROS DE PAREJAS ALÉLICAS DIFERENTES SE SEGREGAN O
COMBINAN INDEPENDIENTEMENTE UNOS DE OTROS CUANDO SE FORMAN LOS
GAMETOS
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2.2 Variación de la Dominancia e Interacciones Genéticas
2.2.1 Codominancia
En algunos casos los híbridos de dos líneas puras pueden no heredar un fenotipo como
dominante sino los dos simultáneamente, a este fenómeno se le conoce como
codominancia.
Ejemplo: grupos sanguíneos humanos ABO. Existen 4 fenotipos distintos: A, B, AB y O.
Estos fenotipos están relacionados con la presencia o ausencia de uno o dos antígenos en la
membrana de uno de sus eritrocitos o glóbulos rojos. Las personas con fenotipo A tienen en
sus glóbulos rojos Antígeno A, los de fenotipo B tienen Antígeno B, los de AB ambos
antígenos y los de O ningún antígeno. Además, los individuos con fenotipo A tienen en su
plasma anticuerpos contra el antígeno B, mientras que las personas con fenotipo B, tienen
anticuerpos contra el A, las fenotipo O tienen ambos anticuerpos, mientras que el AB, no
lleva asociado ningún anticuerpo contra los antígenos A y B. En 1940, el austriaco Karl
Landsteiner (1868-1943) descubrió que los grupos sanguíneos ABO están regulados por tres
alelos el A, el B y el O, que se distribuyen de forma heterogénea entre las distintas
poblaciones del planeta. Los alelos A y B son codominantes, mientras que el O es recesivo
con respecto a los otros dos. Por este motivo las personas con genotipo AA y AO son
fenotípicamente del grupo A, las de genotipos BB o BO son fenotípicamente del grupo B, las
que presentan un genotipo AB, son fenotípicamente AB y las de genotipo OO son del grupo
O. Otro ejemplo de grupo sanguíneo aunque no de codominancia, es el representado por el
Rh (PAG 33 libro).
2.2.2 Dominancia Intermedia
El cruce de dos líneas puras produce una F1 con un fenotipo intermedio entre el de los dos
progenitores. Ejemplo: el color de las flores del dondiego de noche (Mirabilis jalapa).
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Cruzando dos líneas puras con flores rojas y blancas, se obtiene una F1 con flores rosas.
Todas las plantas presentan un mismo fenotipo como predice la primera ley de Mendel,
pero en contra de ésta, el fenotipo no es igual al de ninguna de las progenitoras, sino
intermedio. Si dejamos que la F1 se autofecunde conseguimos una segunda generación filial
con una proporción fenotípica 1:2:1 (un homocigoto: dos homocigotos: un homocigoto) que
difiere de lo previsto por la segunda lay de Mendel para casos de dominancia completa. Esta
desviación entre el resultado esperado y el obtenido es consecuencia de que los mecanismos
responsables de la coloración de la flor difieren de los del guisante. En el dondiego de noche,
el color de la flor es consecuencia también de dos alelos, uno que podemos representar por
A1, que determina y pigmento rojo y otro A2, que no produce ningún pigmento. La cantidad
de color de las flores está relacionada con la cantidad de alelos A1 que presente el genotipo
de la planta. Por ello, el homocigoto dominante (A1A1) al tener dos alelos A1 produce más
pigmento rojo que el heterocigoto (A1A2), que solo tiene un alelo A1 y por tanto la mitad del
pigmento, apareciendo sus flores del color rosa. Las plantas con genotipo A2A2 son blancas.
2.2.3 Pleiotropismo
Existen genotipos que afectan a más de un fenotipo. Un ejemplo lo representa el gen
responsable del albinismo en el ratón y la rata. Un estudio realizado por J.C. De Fries en
1966, puso de manifestación que el alelo responsable del albinismo no afectaba sólo a la
coloración del animal, sino también al grado de emocionalidad del mismo.
2.2.4 Epistasia
Fenómeno que consiste en la interacción entre genes de tal forma que un gen enmascara al
efecto de otro. Algunas veces no se cumple la tercera ley de Mendel en base a este
fenómeno. Por ejemplo en la sordera congénita humana, están involucrados dos genes (a y
b) que representan cada uno dos alelos. Si uno de ellos aparece en homocigosis recesiva, la
sordera se manifestará con independencia de qué alelos presente el otro; pero si aparece, al
menos un alelo dominante de cada gen, la sordera no se manifestará. Es decir, cualquiera
de los siguientes genotipos: AAbb; Aabb; aabb; aaBB o aaBb conducirán a que la persona
que lo porte manifieste la enfermedad, sin embargo cualquiera de estos otros: AABB, AABb,
AaBB o AaBb impedirán la aparición de la sordera.
2.2 TEORÍA CROMOSÓMICA DE LA HERENCIA
Teoría que señala que los genes están ordenados de forma lineal sobre los cromosomas
ocupando un determinado lugar. La mayoría de las células eucariotas tienen dos juegos de
cromosomas, es decir los cromosomas se encuentran en parejas (células diploides). Cada
miembro de la pareja cromosómica procede de un progenitor y se llaman cromosomas
homólogos. Por su parte, las células que presentan un solo juego de cromosomas reciben el
nombre de haploides (gametos).
La dotación cromosómica haploide se representa mediante la letra n. La dotación
cromosómica de las células diploides, por tener dos juegos de cromosomas, será 2n. Al
conjunto de todos los cromosomas de una célula se le denomina cariotipo. En cada
cromosoma se halla un número concreto de genes que guarda la información acerca de
determinadas características. Por tanto, en el conjunto de cromosomas de cada célula se
encuentra toda la información de las características del organismo. En los organismos
diploides, al haber dos juegos de cromosomas, los genes están duplicados (cromosomas
homólogos). En estos cromosomas la información, siendo la misma, puede diferir en algunos
aspectos como que uno contenga información para pelo castaño y otro rubio. El grado de
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divergencia no será otro que el grado de heterocigosis que presenten los loci (lugar que
ocupan una serie de genes) del par cromosómico en cuestión.
2.2.1 Cromosomas Sexuales
En nuestra especie, al igual que en muchas otras que presentan reproducción sexual, hay
una pareja en los cromosomas que la forman, que difieren morfológicamente y en su
constitución genética. Esta pareja cromosómica está asociada al sexo del individuo y sus
cromosomas X e Y son muy diferentes. El resto de cromosomas se denominan autosomas
(en nuestra especie 22 de este tipo). Las mujeres presentan dos cromosomas X y los varones
un cromosoma X y otro Y. El sexo femenino es llamado también sexo homogamético. Los
varones pueden formar gametos que contengan X y otros que contengan Y. Recibe el
nombre de sexo heterogamético. El hecho de que en el varón los cromosomas sexuales no
sean homólogos hace que los loci situados en los cromosomas X e Y no se puedan presentar
ni en homocigosis ni en heterocigosis. Los varones sólo pueden tener uno de los alelos
posibles para los loci situados en los cromosomas sexuales. A esta situación se le llama
hemicigosis y es la causa de que los varones presenten mayor incidencia de ciertas
enfermedades relacionadas con los genes situados en el cromosoma X.
2.2.2 Meiosis
Es la forma que tienen de reproducirse las células sexuales (gónadas), el resto, se
reproducen por mitosis. Si no existiese un proceso que redujese a la mitad el número de
cromosomas de los gametos la reproducción sexual no existiría, pues los nuevos individuos
formados serían tetraploides (4n). La solución fue conseguida por la naturaleza a través de
la meiosis, cuyo objetivo es formar gametos y reducir la dotación cromosómica diploide a
haploide. La meiosis se lleva a cabo en dos etapas:
1. Meiosis I: consiste en dividir la célula (2n) de tal forma que cada célula hija, reciba
un único y completo juego de cromosomas, es decir pase a ser haploide (n). Consta
de las mismas etapas que la mitosis, pero no son equivalentes:
 Profase I: Los cromosomas están duplicados y constan de dos cromátidas cada
uno: en cada célula hay cuatro pares de cromosomas, dos cromosomas
homólogos. Éstos se aparean dos a dos, punto por punto, a lo largo de toda su
longitud, formando lo que se denominan bivalentes o tétrada, pues tienen 4
cromátidas.
A través de este apareamiento se lleva a cabo la recombinación genética,
mediante el fenómeno del entrecruzamiento (intercambio de genes de un
cromosoma homólogo a otro)
 Metafase I: Los bivalentes, mediante sus centrómeros, se insertan en las
fibras del huso adoptando una ordenación circular sobre la placa ecuatorial
 Anafase I: En esta fase se separan los cromosomas de los bivalentes, emigrando
n cromosomas (cada uno con sus dos cromátidas) a cada polo.
 Telofase I: Los cromosomas se sitúan en ambos polos de la célula, se
desespiralizan y se produce la citogénesis dando lugar a dos células hijas con n
cromosomas. A esta división meiótica se le denomina también división
reduccional.
2. Meiosis II: equivale a una mitosis de las células obtenidas en la primera etapa. Las
células hijas obtenidas en la meiosis, pueden entrar directamente en la meiosis II o
pasar por un periodo de interfase previamente. En cualquier caso no se produce
duplicación de cromosomas, pues ya están duplicados tras la meiosis I. La meiosis II
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es prácticamente igual que la mitosis, salvo por el hecho de que la célula que entra
en división es haploide, ya no hay cromosomas homólogos y, por tanto, tras ella se
obtienen dos células hijas con n cromátidas.
2.2.3 Recombinación y Ligamento
Durante la profase I se realiza el emparejamiento de los cromosomas homólogos dos a dos.
Durante el mismo se producen intercambio de alelos entre los cromosomas de la pareja de
homólogos. Este suceso se denomina sobrecruzamiento o entrecruzamiento y se pone
de manifiesto citológicamente por la aparición entre las cromátidas de los bivalentes de
puntos de cruce, en forma de x, que se denominan quiasmas. En cada uno de los
cromosomas homólogos se encuentran los mismos genes en los mismos loci, aunque no
necesariamente los mismos alelos. El sobrecruzamiento hace que los loci de uno y otro
cromosoma homólogo aparezcan con una combinación nueva de alelos. A este proceso se le
denomina recombinación genética: aparición en un mismo cromosoma del gameto de
alelos de cada progenitor.
La gran importancia de la recombinación genética es la variabilidad que genera. El número
de gametos distintos que se pueden formar mediante este proceso está en función de
cuantos loci heterocigotos existen en un individuo. Concretamente se obtiene elevando 2
(par de homólogos) a la cifra de esos loci heterocigotos. En el ser humano se estima que en
cada persona existen unos 3350 loci (23350). No siempre se puede realizar el intercambio de
los loci de los cromosomas homólogos mediante el cruzamiento. El porcentaje de
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recombinación entre dos loci, está directamente relacionado con la distancia física que los
separa dentro del cromosoma. A más distancia, más porcentaje de recombinación se llevará
a cabo entre ellos.
2.3 TIPOS DE TRANSMISIÓN GENÉTICA
Mendel trabajó con caracteres monogénicos, denominados también rasgos o caracteres
mendelianos. Para estudiar los genes involucrados en distintos rasgos en seres humanos,
se emplea el Patrón de transmisión de carácter (Genealogía o Pedigrí), al no poder
experimentar con cruzamientos. Los patrones de transmisión de un carácter mendeliano,
detectados a través de las genealogías, dependen de dos factores:


La localización del sitio que ocupa. La localización puede ser autosómica (locus en
cualquier autosoma, cromosoma no sexual) o ligada a los cromosomas sexuales
La expresión fenotípica del carácter en cuestión. La expresividad fenotípica puede
ser diversa, pero el principal número de loci (locus en plural) estudiados responde a
una relación de dominancia y recesividad.
Por tanto, según estos criterios, se establecen tres tipos de patrones de transmisión en la
herencia monogénica:



Transmisión Autosómica Dominante. En la transmisión autosómica dominante,
tanto los homocigotos como los heterocigotos manifestarán el carácter (véase
Enfermedad de corea de Huntington).
Transmisión Autosómica Recesiva. En la transmisión autosómica recesiva, sólo
los homocigotos presentan el carácter. Los heterocigotos no manifiestan el rasgo,
pero son portadores del alelo causante del mismo (véase enfermedad de Tay-Sachs).
Transmisión Ligada al Sexo. La transmisión ligada al sexo es consecuencia de la
desigual distribución de los cromosomas sexuales en varones y mujeres. La
peculiaridad de la transmisión de los alelos recesivos ligados al cromosoma X hace
que aparezca el fenómeno denominado alternancia de generaciones, consistente en
que tanto el abuelo como el nieto presentan la variante fenotípica en cuestión, pero
no los individuos de la generación intermedia, siempre que la abuela no la
presentase ni fuese portadora (véase enfermedades Daltonismo y Hemofilia A).
2.4 LA NATURALEZA DEL MATERIAL
HEREDITARIO
El ADN está formado por secuencias de nucleótidos, que son sustancias compuestas por
una molécula de ácido fosfórico más una de un hidrato de carbono (una ribosa o
desoxiribosa) y más otra de una base nitrogenada (base púrica o base pirimidínica).
En el ADN estos nucleótidos forman dos cadenas, cada una de las cuales está dispuesta en
espiral, enroscada una sobre la otra formando una doble hélice. La espiral la marca la
sucesión de las moléculas de desoxirribosa y acido fosfórico de cada nucleótido, mientras
que las bases nitrogenadas se sitúan en el interior.
La unión entre las dos cadenas de nucleótidos que forman el ADN se lleva a cabo a través
de puentes de hidrógeno que se establecen entre las bases púricas de una cadena y las
pirimidínicas de la otra. La adenina se aparea únicamente con la timina (A-T), mientras
que la citosina lo hace solo con la guanina (C-G). Esta relación restrictiva entre las bases
se conoce como complementariedad y hace que las dos cadenas de nucleótidos del ADN sean
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complementarias entre sí (modelo Watson y Crick: dado que una base púrica se aparea
siempre con la misma base pirimidínica (A-T y C-G), la cantidad de bases púricas será
siempre igual a la de pirimidínicas, es decir, A + G = T + C ó A / T = C / G.) Si en una
determinada molécula de ADN la timina representa el 17% de todas las bases nitrogenadas
de este ADN, dado que esta base solo se aparea con la adenina, la cantidad de esta también
representará el 17% de las bases nitrogenadas de la molécula de ADN analizada. El 66%
restante, será repartido en partes iguales entre la otra pareja de bases complementarias:
33% para la citosina y 33% para la guanina.
2.5 LAS COPIAS PARA LA HERENCIA:
DUPLICACIÓN DEL ADN
Las características fundamentales del proceso de replicación del ADN y los mecanismos
mediante los cuales las encimas encargadas los llevan a cabo son prácticamente similares
en todos los organismos. La replicación del ADN es semiconservativa, es decir, que a
partir de una molécula de ADN se obtienen dos, cada una de las cuales porta una hebra del
ADN que se ha duplicado.
El proceso es catalizado por la acción de un conjunto de enzimas que forman el complejo
enzimático de duplicación; una de estas encimas es la ADN polimerasa que utiliza de
molde una de las hebras del ADN original y va construyendo las nuevas hebras
incorporando los nucleótidos según la regla de la complementariedad de bases.
Cuando el proceso concluye, las dos nuevas moléculas de ADN se separan. Ambas llevan
una hebra antigua y otra nueva, pero las dos son idénticas, la información puede ser
transmitida fielmente a otra generación. Una vez equiparadas cada una de estas moléculas
de ADN constituirá, respectivamente cada una de las cromátidas del cromosoma
metafásico.
2.6 LA EXPRESIÓN GÉNICA: LA INFORMACIÓN
EN ACCIÓN
Desde la aparición de las leyes de Mendel, varios científicos intentaron averiguar el camino
que conectaba el genotipo con el fenotipo. Una de las primeras teorías afirmaba que los
genes eran los encargados del metabolismo. Posteriormente otros estudios trataron la
hipótesis de un gen-una enzima. Esta hipótesis fue confirmada con posterioridad,
estableciéndose que un gen es la secuencia de nucleótidos del ADN en que se halla
codificada la naturaleza y el orden en que se ensamblan los aminoácidos de una enzima.
Esta definición se tuvo que ampliar al comprobarse que un gen no solo guarda la
información referente a la secuencia de aminoácidos de las enzimas, sino de todos y cada
uno de los polipéptidos que se sintetizan en una célula. Estos genes se denominan genes
estructurales para diferenciarlos de aquellas otras secuencias de ADN que portan otro
tipo de información como, por ejemplo, la secuencia de nucleótidos de los distintos ácidos
ribonucleicos.
En 1970, Francis Crick, propone el denominado dogma central de la Biología, en el que
establece el flujo que sigue la información genética:
9
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
Se inicia en el ADN, desde donde se puede duplicar la información para
transmitirla a otra célula, o ser transferida a una molécula de ARN, mediante
transcripción. Desde el ARN mediante traducción, la información se expresa en
una secuencia polipeptídica.

Además de estos caminos, el flujo de información génica puede seguir otros. Es lo
que ocurre con los virus que transportan la información génica en forma de ARN
(retrovirus; ej. virus del sida). En un tipo de ellos, el primer paso de la transmisión
de la información es su copia a una molécula de ADN. Otros sin embargo no
necesitan este paso y la información se expresa directamente desde el ARN.
2.6.1 La Transcripción
En las células de los eucariotas, el ADN está en el núcleo, mientras que la maquinaria
necesaria para la síntesis de proteínas se halla en el citoplasma. Cada vez que es necesaria
la producción de un determinado polipéptido, la información de su secuencia de
aminoácidos es copiada desde el correspondiente gen a un ácido ribonucleico. El ARN
formado es el que viaja al citoplasma con la información para que el polipéptido sea
sintetizado: ARN mensajero (ARNm). La transcripción la realiza un enzima
perteneciente al grupo de las ARN polimerasas. La transcripción sigue las reglas de
complementariedad con la salvedad de que en lugar de añadir un nucleótido de timina
cuando aparece uno de adenina, se añade un nucleótido de uracilo en la cadena de ARN en
crecimiento. La ARN polimerasa se une a una determinada región situada por delante del
gen que se quiere transcribir, promotor, y desde esta región inicia la síntesis del ARN hasta
que alcanza una zona denominada secuencia de fin, siendo esta la señal de parada de la
transcripción.
2.6.1.1
Maduración del ARN
Al final del proceso de transcripción, el ARNm que produce la ARN polimerasa se
denomina transcrito primario. La secuencia del polipéptido está mal organizada, está
disgregada a lo largo del transcrito primario y mezclada con intrones, que son separadores
de los exones (secuencias codificantes). A través de un proceso de corte y empalme
(splicing) denominado maduración o procesamiento del transcrito primario, se eliminan los
intrones y se colocan secuencialmente los exones, obteniéndose un ARNm maduro que porta
la secuencia lineal de un polipéptido funcional.
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2.6.2 El Lenguaje de la Vida: El código Genético
El código genético es el conjunto de reglas mediante las cuales se establece la relación entre
la ordenación lineal de nucleótidos de la molécula de ADN y la ordenación lineal de
aminoácidos de los polipéptidos.
El ADN contiene la información acerca de las secuencias de aminoácidos de todos los
polipéptidos del organismo. Dada que la naturaleza del ADN y la de los polipéptidos es
distinta, esa información debe ser guardada de forma cifrada de acuerdo con un código.
Durante los primeros años de la década de los 60, los datos experimentales aportados por
los grupos de trabajo dirigidos por Marshall Nirenberg, Severo Ochoa y H. Gobind Khorana,
corroboraron esta hipótesis. La base del código genético es el triplete (en el ADN) o el
codón (en el ARNm). Está constituido por una secuencia cualquiera de los tres nucleótidos
de los cuatro posibles (de adenina, guanina, citosina y timina, o uracilo, en codón). Las
distintas ordenaciones en que pueden aparecer los nucleótidos en el triplete, sirven para
especificar los diferentes aminoácidos de un polipéptido. Por tanto un triplete especifica un
aminoácido.
El código genético además tiene las siguientes propiedades:
1. Es redundante o degenerado: Un aminoácido puede ser codificado por más de un
codón. Esto es consecuencia de que la combinación de 3 en 3 de los cuatro diferentes
nucleótidos que forman el ADN puede originar 64 tripletes distintos. Un mismo
aminoácido puede ser codificado por varios tripletes distintos.
2. Es un código sin superposición: Un nucleótido solo pertenece a un codón y no a
cualquier otro que forme con los nucleótidos adyacentes.
3. La lectura es lineal y sin comas: Se inicia en un punto y avanza de codón en
codón sin separación entre ellos.
4. Es universal: Todos los seres vivos, desde bacterias hasta animales utilizan el
mismo código para traducir el mensaje del ADN a polipéptidos.
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2.6.3 La Traducción
Es el proceso por el que la información del ARNm (alfabeto de 4 letras) pasa al alfabeto de
los polipéptidos (20 letras). En este proceso participan los ribosomas, el ARNm, los ARNts
(ácidos ribonucleicos de transferencia, que transportan los aminoácidos para la síntesis de
proteínas) y el aparato enzimático que cataliza la formación del correspondiente
polipéptido.
La síntesis se inicia en los ribosomas. A través de un proceso enzimático los ARNts van
incorporando los correspondientes aminoácidos especificados por la secuencia lineal de
codones del ARNm (existen tantos ARNts como codones distintos en el ARNm). En uno de
los bucles del ARNt se encuentra el anticodón, secuencia de 3 nucleótidos complementaria
del codón de ARN.
2.7 LOS ERRORES QUE NOS MATAN Y NOS
HACEN EVOLUCIONAR: LA MUTACIÓN
Una mutación se considera cualquier cambio permanente en el material genético no
debido a la segregación independiente de los cromosomas o la recombinación que ocurre
durante el proceso de meiosis: uno de cada mil errores no es corregido. Las mutaciones se
producen al azar y son generalmente perjudiciales. Generan la variabilidad necesaria para
que la selección natural actúe.
Una fuente de mutación es la propia replicación del ADN, proceso en el que se calcula que
se produce la inserción de un nucleótido erróneo una vez cada 1010 pares de bases, lo que
significa una nueva mutación por cada división celular.
La mutación también se ve favorecida por la acción de agentes químicos y físicos,
denominados mutágenos. Entre los de tipo electromagnético se encuentran las radiaciones
ionizantes (ej. rayos X y Gamma) y no ionizantes (ej. rayos ultravioletas). Otro grupo de
mutágenos tiene naturaleza química (ej.ácido nitroso, gas mostaza, colorantes de
acridina…).
Las mutaciones afectan al material hereditario, por lo que son transmitidas a las células
hijas. Los seres vivos que se reproducen sexualmente, presentan dos tipos de células, las
somáticas y las germinales (producen los gametos). Si afecta a las germinales el cambio
se trasmitirá a los descendientes. Si afecta a las somáticas el cambio se transmitirá a las
células hijas tras el proceso de mitosis y citogénesis. El que afecten en mayor o menor
medida al individuo depende de la naturaleza de la mutación, del tejido afectado y del
momento del desarrollo ontogénico en que se produzca la alteración.
Las mutaciones somáticas son la causa del envejecimiento y del mosaicismo somático, es
decir, de la aparición en un individuo de dos líneas celulares que difieren genéticamente.
Las mutaciones pueden ser:
1. Genómicas: afectan a cromosomas completos y hacen que cambie el número de los
mismos en el individuo.
2. Cromosómicas: ocurren en una parte del cromosoma e involucra a varios genes
(cambios en la estructura del cromosoma), y
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3. Génicas: se modifica un solo gen. La presencia de estas mutaciones puntuales y su
mantenimiento a través de las generaciones explica el 90% de la variabilidad
genética entre individuos de una misma raza.
Los polimorfimos de un único nucleótido son consecuencia de dicha variabilidad (ej.
grupos sanguíneos). Estas mutaciones se producen por cambios en las bases púricas y
pirimidínicas. Deben darse en al menos el 1% de la población para que puedan catalogarse
como polimórficos. 2/3 de éstos consisten en la sustitución de una timina por una citosina.
2.8 NIVELES DE ORGANIZACIÓN DEL ADN: EL
CROMOSOMA EUCARIÓTICO
El ADN humano consta de 3 x 109 pares de bases (pb) por célula, distribuidas en 23 pares
de cromosomas. La longitud de todo el ADN de todas las células del cuerpo es de 2 x 1011
km (2 m en una sola célula). En el momento de la división celular esos 2 m tienen que
compactarse en 200 micras.
El cromosoma es la molécula de ácido nucleico que actúa como portadora de la información
hereditaria. En las eucariotas el aspecto del material hereditario varía desde la estructura
sólida del cromosoma metafásico, a la estructura amorfa y disgregada durante la interfase
celular llamada cromatina. Lo que distingue un nivel y el otro es el grado de condensación
del ADN. La cromatina tampoco presenta un estado homogéneo de compactación: se
presenta como eucromatina (empaquetamiento menor) o heterocromatina, más
condensada. Los diferentes niveles de organización de la cromatina están relacionados con
el grado de expresión génica.
Cada cromosoma está constituido por una sola molécula de ácido desoxirribonucleico unido
a proteínas (mayoritariamente histonas) que sirven para que el ADN se condense de una
forma ordenada alcanzado los diferentes niveles de organización, siendo el más básico el
nucleosoma. En esta configuración el ADN disminuye 7 veces su longitud. En el
cromosoma metafásico, el nivel de condensación es unas 1400 veces mayor que el alcanzado
con los nucleosomas, se consigue mediante compactación por sucesivos procesos de
plegamiento de unos niveles de organización para alcanzar otros superiores. El nucleosoma
representa el primer nivel y el cromosoma el último.
El cromosoma eucariótico está formado por ADN de diferente naturaleza:
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Un 10% está constituido por ADN altamente repetitivo. Su función no es conocida y
no hay pruebas de que se transcriba.
Otro 20% lo forma el ADN moderadamente repetitivo, relacionado con zonas de
reconocimiento para la actuación de determinadas enzimas, con genes que se
encuentran en múltiples copias tales como las del ARNr o los de las histonas y con
los genes de los anticuerpos.
El 70% restante son secuencias de copia única o escasamente repetitivas, en su
mayoría, genes estructurales. No obstante, de este 70% la mayor parte está
constituido por intrones, por lo que se estima que realmente solo entre un 1-5% del
ADN es transcrito y traducido a cadenas polipeptídicas.
El conjunto de todos los genes que portan los cromosomas de un individuo, constituyen su
genoma (humanos entre 25.000-30.000 genes). Las secuencias reguladoras son segmentos
no codificantes relacionados con:
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Bernardo R. Japón [email protected]
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el punto de comienzo de la replicación,
los puntos de inicio de la recombinación del ADN,
el inicio y final de la transcripción de los genes estructurales, y
la regulación de la expresión génica.
2.9 REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA
En cada célula se almacena toda la información genética. Sin embargo, las células tomas
distintos destinos, forman tejidos, órganos (organogénesis y morfogénesis)… Por otra parte
dentro de la célula ya diferenciada, el metabolismo celular varía continuamente a lo largo
de su ciclo vital. La economía celular obliga a que la expresión génica no sea continua ni
simultánea para todos los genes, sino que se active solo cuando los correspondientes
polipéptidos se necesitan. La expresión génica está regulada de forma precisa tanto
durante las sucesivas etapas del desarrollo del organismo, como a lo largo del ciclo vital
celular.
2.9.1 Regulación de la Expresión Génica a Corto Plazo
Relacionado con el control del metabolismo celular y produce alteraciones pasajeras de la
expresión génica. Están implicados los genes reguladores que codifican la secuencia de las
proteínas reguladoras o factores de transcripción, los cuales impiden la expresión de los
genes estructurales. Para ello se unen de forma selectiva a una región específica del ADN
situada al inicio de los genes estructurales, la secuencia reguladora. Los correpresores
son moléculas a las que necesitan acoplarse algunas proteínas reguladoras para adoptar el
espacio adecuado que les permita unirse a una secuencia reguladora concreta del ADN e
impedir la expresión de un gen. Un caso especial de correpresores parece constituirlo el
denominado ARN de interferencia. El Modelo del Operón representa un ejemplo claro de
una forma de regular la expresión génica. Éste se produce cuando cerca de los genes lac se
encuentra el denominado gen regulador, que codifica la secuencia de una proteína
reguladora llamada represor. Esta proteína reconoce y se une a un segmento de ADN, que
tiene una secuencia especifica de nucleótidos, denominada operador (secuencia reguladora)
La unión del represor al operador impide que el ARN polimerasa pueda acoplarse al ADN,
y, por tanto, que la transcripción de los genes lac se lleve a cabo.
2.9.2 Regulación de la Expresión Génica a Largo Plazo
La distribución espacial adecuada de órganos y tejidos también está regulada por una
familia de genes, los homeogenes. El desarrollo y diferenciación del sistema nervioso
humano depende de estos genes. En la diferenciación celular están involucrados también
otros mecanismos de inactivación génica permanente, como la mentilación y la
condensación del ADN. Son dos procesos que permiten a las células que sólo se expresen
determinados genes del total que portan en su núcleo, permitiendo con ello su
diferenciación y especialización en tareas concretas (procesamiento y transmisión de
información, producción y secreción de hormonas, etc.).
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