Unidad 1 Estructura de los cromosomas Objetivos Al inalizar la unidad, el alumno: Explicará el modelo de plegamiento del ADN en los cromosomas. Identiicará las partes de un cromosoma, las zonas de heterocromatina y eucromatina. Explicará cómo se prepara un cariotipo. Identiicará algunas de las alteraciones de los cromosomas y los factores que las producen. Conocerá el proyecto para descifrar el genoma humano.
Introducción En los cursos previos de biología aprendiste que la célula es la unidad básica de la vida y que el núcleo es el centro de control celular donde reside la información genética. Una de las pruebas definitivas que permitieron identificar que el núcleo es el centro de control celular donde reside la información genética fue la aportada por el grupo estadounidense de genetistas dirigido por Morgan, quien trabajó con la mosca de la fruta, la Drosophila, la cual tiene únicamente cuatro pares de cromosomas, distinguibles entre sí, lo que facilitó el estudio sobre los cromosomas. Independientemente de lo señalado, en determinadas células de la Drosophila, como las de la glándula salival, el tamaño de los cromosomas es gigante, unas cien veces mayor que en otras células, y presentan una estructura definida en bandas. Se estableció que los cromosomas son el vehículo de la herencia, pues en ellos se sitúan los caracteres hereditarios o genes, y se concluyó que el ADN (ácido desoxirribonucleico) es la molécula que contiene la información genética en todos los seres vivos, con la única excepción de algunos tipos de virus en los que el otro ácido nucleico, el ribonucleico ARN, realiza esta función temporalmente. También estudiaste los diferentes tipos de ARN que intervienen en los procesos de síntesis de proteínas. Asimismo, has recibido conocimientos acerca del comportamiento de los cromosomas durante la mitosis y la meiosis y tuviste oportunidad de conocer fundamentos de genética, incluyendo las leyes de Mendel, la herencia ligada al sexo y otros temas relacionados. Con estos antecedentes, en esta unidad trataremos algunos temas relacionados con los cromosomas. Además de los datos básicos acerca de su estructura general, conocerás las proteínas asociadas al ADN y la forma como éstas ayudan a su conservación. 1.1. Organización del ADN en cromosomas Actualmente sabemos que todas las células poseen el material genético indispensable para transmitir sus características a sus descendientes y también que el ADN es la molécula que contiene, codificada, toda esta información. El ADN puede estar organizado de dos formas diferentes, lo que ha originado la formación de dos grandes grupos de organismos: los procariotes y los eucariotes. 1.1.1. El cromosoma de los procariotes Las células de los procariotes, que incluyen a las bacterias y algunos tipos de algas, se caracterizan por carecer de un núcleo celular bien definido y porque su ADN se encuentra en una sola molécula circular y plegada. De esta forma se origina un solo cromosoma que se ubica en una zona del citoplasma. Si observas la figura 1.1, podrás notar la ausencia de una membrana nuclear. De qué manera se encuentra organizado el ADN en las células de los procariotes? 19
UNIDAD 1 Figura 1.1. Esquema de una microfotografía de Escherichia coli. Se observa la zona del ADN de las dos bacterias que están a punto de separarse después de la división celular. Los cromosomas de los procariotes han sido investigados de manera muy extensa, ya que las bacterias son fáciles de cultivar, se reproducen muy rápidamente y su ADN se sintetiza continuamente, constituyendo por lo tanto un excelente material de experimentación. La bacteria con la que más se ha trabajado es la Escherichia coli, la cual, normalmente, forma parte de nuestra flora intestinal. De estos estudios, así como de los realizados en algunos virus, se ha obtenido gran parte de los conocimientos actuales acerca del ADN y de su funcionamiento. Figura 1.2. ADN de la bacteria Escherichia coli. 20
TEMAS SELECTOS DE CIENCIAS DE LA SALUD 2 En las células de los eucariotes, que incluyen a todos los demás organismos (plantas y animales), el ADN se organiza en forma de filamentos muy largos y en varios cromosomas. Cada cromosoma está constituido por una sola molécula de ADN y una serie de proteínas asociadas a ésta. El número de cromosomas siempre De qué manera se ncuentra organizado el ADN en los eucariotes? será el mismo en todos los individuos de una misma especie y, cuando se encuentra en interfase, se concentra dentro de una membrana nuclear formando un núcleo bien definido. Como ejemplo, en la figura 1.3 se distingue la estructura del núcleo de una célula de maíz. Figura 1.3. Esquema de una célula de hoja de maíz. 1.1.2. La cromatina En las células de los organismos superiores, es decir, las células eucarióticas, las moléculas de ADN no se encuentran libres, sino que aparecen siempre asociadas a proteínas. Las moléculas de ADN miden aproximadamente 2 nanómetros (2x10 9 m) de diámetro de la doble hélice, pero su longitud varía desde unos cuantos nanómetros en los virus, hasta 2-3 metros en el hombre, alojadas en el núcleo de las células. Esto es posible porque se asocian a otras moléculas, fundamentalmente proteínas, que logran almacenar o "empaquetar" el ADN. Esta asociación de ADN y proteínas forma la cromatina, entramado de fibras, estructura regular y densa de filamentos en forma de espiral, que llena prácticamente todo el espacio del núcleo de la célula. Qué es la cromatina? Algunas de las proteínas son enzimas que van a intervenir en las distintas funciones que realiza el ADN, por ejemplo, en la replicación del mismo. Otras tienen una función reguladora, es decir, controlan que determinadas regiones del ADN expresen o no su información genética. Cuando la célula inicia el proceso de división, los filamentos de cromatina se organizan en cromosomas, estructuras visibles al microscopio óptico. 21
UNIDAD 1 Ejercicio 1 1. Cómo es el cromosoma de los procariotes?. 2. En una célula de eucariote, durante la interfase, se pueden observar 46 cromosomas dentro del núcleo. Verdadero Falso 1.2. Estructura de los cromosomas Cuando la célula se va a dividir, la cromatina sufre un proceso de condensación y empaquetamiento, dando lugar a estructuras visibles al microscopio, los cromosomas. El cromosoma es el resultado del plegamiento ordenado de la fibra de cromatina. Aun cuando se desconoce la forma exacta como lo hace, existen diversos modelos que tratan de explicar la estructura de la cromatina en el cromosoma, pero ninguno de ellos está confirmado. Por tanto, los términos cromatina y cromosoma son fisiológicamente equivalentes. Son dos estados de la misma entidad celular. La cromatina aparece descondensada en el periodo que separa dos divisiones de la célula, la interfase, y se condensa y forma los cromosomas en los periodos de división celular. Esta alternancia de formas está estrechamente relacionada con su funcionalidad. Cuando la célula se divide, el material genético tiene que repartirse en dos lotes exactos para las dos células hijas, y esto es más sencillo si se encuentra compactado en unidades discretas como los cromosomas. Durante el periodo en que la célula no se divide, es decir, durante la interfase, el material genético deber estar funcionando para dirigir todas las actividades de la célula, y esto se facilita si se encuentra descondensado y expuesto a la interacción con enzimas. 1.2.1. Ordenamiento de la cromatina En las células de los eucariotes en interfase, el ADN se encuentra en forma de cromatina dentro del núcleo. Si observamos la secuencia de eventos previos a la división celular, o fase S del ciclo celular, veremos que lo primero que sucede es la duplicación del ADN, el aumento de tamaño de la célula y el incremento en el número de organelos. En ese momento los cromosomas, cuyo ADN acaba de duplicarse, se encuentran como filamentos sin orden en el núcleo; es cuando empiezan a acomodarse y se enroscan y condensan en forma ordenada. Cuando se inicia la división celular, los filamentos ya se observan suficientemente organizados como cromosomas visibles al microscopio óptico. Asimismo, se aprecian las dos copias iguales, longitudinales, llamadas cromátidas, que se mantienen unidas por una región 22
TEMAS SELECTOS DE CIENCIAS DE LA SALUD 2 llamada centrómero. Cada cromátida contiene una larga y única molécula de ADN, de doble hélice, altamente plegada. Las dos cromátidas tienen la misma información, por tanto el cromosoma tiene la información duplicada. El número de cromosomas es una constante característica de cada especie biológica. Cuáles son las partes de un cromosoma? Los extremos de las cromátidas son llamados telómeros y su función aparente es mantener unidos los extremos de las cromátidas durante la replicación (figura 1.4). También se ha observado que la cantidad de ADN en estas regiones disminuye progresivamente después de cada división celular, por lo que se piensa que están involucradas en el proceso de envejecimiento. Esto significa que las células envejecen cuando se les terminan las secuencias de ADN repetitivo en los telómeros de sus cromosomas. Figura 1.4. Esquema de la estructura de un cromosoma. También se observan unas estructuras de naturaleza proteínica, llamadas cinetocoros, que comprimen al cromosoma y por donde se insertan los filamentos o microtúbulos del huso, que son la estructura por donde se deslizan los cromosomas durante la división celular (figura 1.5). El cinetocoro es una estructura proteínica en forma de disco situada dentro del centrómero, a la que se unen las fibras del huso durante la mitosis o la meiosis. Figura 1.5. Microfotografía de una célula animal en división, donde se observa el huso y los cromosomas al centro. Existe suficiente evidencia que indica que todas y cada una de las células de un organismo poseen el ADN con todo el material genético, es decir, la información total para el conjunto de las proteínas del organismo completo, sin importar el tipo de célula. 23
UNIDAD 1 Por ejemplo, una célula del hígado lleva también en sus cromosomas los genes con la información para la producción de hemoglobina, y una célula de la piel tendrá la información necesaria para la producción de la hormona testosterona; lo mismo sucede con las demás células del cuerpo. Por tanto, se piensa que debe existir un mecanismo que active los genes apropiados en cada tipo de célula e inactive los que no sean los adecuados. Aunque aún no se conoce bien el mecanismo que propicia la diferenciación celular, se puede observar que en los cromosomas se presentan diferentes grados de condensación del ADN (esto se puede apreciar experimentalmente al microscopio al teñir la cromatina), lo que seguramente tiene un gran significado en la regulación de la expresión genética. De algún modo, aun cuando en cualquier célula estén presentes todos los genes, sólo algunos de ellos se manifiestan. Estos genes corresponden a las regiones del cromosoma que se observan menos condensadas. 1.2.2. Heterocromatina y eucromatina Cuál es la diferencia entre la eucromatina y la heterocromatina? La figura 1.6 ilustra la imagen de una célula hepática que ha sido obtenida a través del microscopio electrónico. La cromatina, teñida intensamente con sales de metales pesados, muestra zonas donde la cromatina es más densa o se visualiza como grumos gruesos coloreados con mayor intensidad. A estos grumos se les ha llamado heterocromatina, y es donde el ADN se encuentra más condensado. A la cromatina más abierta que se colorea menos se le ha llamado eucromatina. Se presenta cuando hay transcripción del ADN al ARN, que es el mensajero para la producción de proteínas. Figura 1.6. a) Microfotografía electrónica de una célula hepática. Se observan la heterocromatina (zonas oscuras) y la eucromatina (zonas claras). b) Representación esquemática de los componentes del núcleo. 24
TEMAS SELECTOS DE CIENCIAS DE LA SALUD 2 Ejercicio 2 1. Es una estructura en forma de disco dentro del centrómero: a) Huso. b) Cinetocoro. c) Telómero. d) Bucle. 2. Los cromosomas de una célula especializada del hígado contienen los genes para producir todas las proteínas del organismo. Verdadero Falso 3. Cómo se observa la eucromatina al teñirla?. 1.3. Número cromosómico de diferentes especies de organismos El número de cromosomas es una constante característica para cada especie biológica. Así, por ejemplo, las células de la mosca Drosophila contienen 4 pares de cromosomas, las del cangrejo 127, las del perro 39 y las de la especie humana 23 pares. Se habla de pares de cromosomas porque en una célula los cromosomas son iguales dos a dos, es decir, están en parejas de cromosomas llamados homólogos. Estos cromosomas homólogos no tienen idéntica información genética, aunque sí tienen información equivalente para los mismos caracteres. Por ejemplo, un cromosoma posee información para el color de pelo, es decir, un gen determina el color del pelo y su homólogo también. Sin embargo, estos genes no tienen por qué ser idénticos. Uno de ellos puede determinar color rubio y otro color castaño. Este concepto es fundamental para entender los mecanismos que rigen la herencia de los caracteres de padres a hijos. 1.3.1. Comparación de especies Básicamente, al comparar las características que hacen diferente a una especie de otra, estamos comparando su información genética que, como hemos señalado, reside en sus cromosomas. Se ha determinado que el número de cromosomas es característico para cada especie y será para 25
UNIDAD 1 siempre el mismo en cada célula somática (célula que integra todos los componentes del cuerpo, excepto gametos) de todos los organismos de esa especie. De igual manera, en cada especie los cromosomas presentan una forma y un tamaño determinados. Estas características constituyen lo que se conoce como cariotipo, el cual ofrece una guía para la identificación de las especies. Es frecuente que si dos especies diferentes están muy relacionadas entre sí, sus cariotipos serán también muy similares; por ejemplo, el cariotipo del chimpancé y el del orangután casi no se pueden diferenciar, y son muy similares al del humano. Sin embargo, como podrás apreciar en la siguiente tabla que enlista el número de cromosomas que ha sido determinado para algunas especies de plantas y animales, especies muy diferentes pueden presentar un mismo número de cromosomas. Organismo Número de cromosomas (2n) Mosquito 6 Mosca doméstica 12 Col 18 Maíz 20 Secuoya gigante 22 Arroz 24 Girasol 34 Gato 38 Especie humana 46 Papa 46 Ciruelo 48 Cobayo 64 Perro 78 Carpa dorada 94 Tabla 1.1. Valores comparativos del número de cromosomas en varias especies. Especie Cantidad ADN Longitud ADN Núm. cromosomas Drosophila hydei (mosca) 0.4 0.13 8 Gallus domesticus (gallo) 2.88 0.93 78 Canis familiaris (perro) 5.86 1.89 78 Equus caballus (caballo) 6.36 2.05 64 Homo sapiens (hombre) 7.30 2.36 46 Tabla 1.2. Contenido y longitud de ADN y número de cromosomas en células de diferentes organismos. 26
TEMAS SELECTOS DE CIENCIAS DE LA SALUD 2 Cuando se trabaja con cariotipos se utiliza el número de cromosomas del conjunto completo, el cual se conoce como número diploide (se expresa como 2n) presente en las células somáticas; a diferencia del número haploide (n), que es la mitad del conjunto y que sólo se presenta en los gametos o células sexuales. El cariotipo no siempre indica si existe relación entre dos especies diferentes, como tampoco indica su complejidad evolutiva, pues el número de cromosomas no depende de la complejidad del ADN o del número de genes o genotipo, que dará por resultado determinadas características externas o de fenotipo. El número de cromosomas está definido por la forma como se empaquete la cromatina en un determinado grupo de cromosomas. El genotipo es la constitución genética de un organismo. El total de los genes en un individuo. El fenotipo representa las características morfológicas y funcionales de un organismo que resultan del genotipo. Qué es el genotipo? Tomando como ejemplo un perico, podemos decir que su cariotipo sería el número, la forma y el tamaño de los cromosomas de una de sus células somáticas, tal como se verían en una fotografía tomada al microscopio óptico. Su genotipo sería el conjunto de genes determinado por la secuencia de nucleótidos en su ADN, y su fenotipo sería el conjunto de características que le dan determinado aspecto: color de las plumas, tamaño, forma, etcétera. 1.4. Cariotipo y clasificación de los cromosomas humanos Los 46 cromosomas de las células humanas se encuentran formando 23 pares diferentes. Los pares presentan diferencias en sus patrones de bandas, su longitud y su forma y la presencia o ausencia de nudos o constricciones a lo largo de su estructura. La constitución cromosómica de un organismo nos define su cariotipo. El término cariotipo se refiere tanto a la composición cromosómica de un individuo como a la micrografía en la que se exhibe dicha composición. Los cromosomas se identifican por su longitud, por la posición del centrómero, por los patrones de bandas y por la presencia de protuberancias o satélites. La diferencia de tamaño entre los pares es sumamente pequeña. 1.4.1. Cromosomas del humano En la figura 1.7 se muestran los cromosomas de una célula en una persona del sexo femenino; en ella puedes observar los 46 cromosomas de la especie humana: 44 autosomas y dos cromosomas sexuales. En el sexo femenino los dos cromosomas sexuales son iguales y se les denomina XX. En el sexo masculino los dos cromosomas sexuales son diferentes y se les denomina XY. 27
UNIDAD 1 Cuando se analizan con mayor detalle, se ve que los autosomas se presentan por pares iguales (figura 1.8). Cada cromosoma se puede identificar por su tamaño, la ubicación de su centrómero y, como se verá más adelante, por su patrón de bandas (figura 1.9). Definimos autosoma como cualquier cromosoma que no sea un cromosoma sexual, y cromosomas sexuales como aquellos que son diferentes en los dos sexos y que intervienen en la determinación del sexo del descendiente. Figura 1.7. Cromosomas de una persona de sexo femenino. Los dos cromosomas X se señalan con una f lecha. 1.4.2. Preparación de cariotipos Para elaborar el cariotipo de una persona se requiere una muestra de gotas de sangre a la que se le separan los glóbulos rojos. A los glóbulos blancos restantes se les coloca en un medio adecuado para cultivo de células con la finalidad de que los leucocitos se reproduzcan. Transcurrido un tiempo (18 a 24 horas), al medio de cultivo se le agregan unas gotas de colchicina, sustancia que tiene la propiedad de interrumpir los pasos de la división celular posteriores a la metafase, de tal manera que la mayoría de las células aparecerán en este estado; es decir, listas para desplazarse hacia los polos de la célula. Enseguida se someten a una tinción especial, se observan al microscopio y se obtiene una impresión fotográfica. Cómo podrías preparar tu propio cariotipo? De la fotografía amplificada se recortan los cromosomas y se acomodan con el centrómero sobre una línea de puntos, por pares, según su forma y tamaño, para facilitar su identificación por la longitud de sus brazos. Al final se tendrá un cariotipo como el de la figura 1.8. 28
TEMAS SELECTOS DE CIENCIAS DE LA SALUD 2 Figura 1.8. Cariotipo humano masculino. 1.4.3. Clasiicación de los cromosomas Como se puede apreciar en la figura 1.8, los cromosomas del humano se han clasificado por pares homólogos, asignándoles una posición de acuerdo con su forma y tamaño y ubicándolos en varios grupos: los autosomas del número 1 al número 22 en los grupos A al G, además de los cromosomas sexuales no homólogos, un X y un cromosoma Y más pequeño. 1.4.4. Patrones de bandas Sin embargo, aún se requiere una diferenciación más fina, ya que en muchos casos los cromosomas son muy semejantes en forma y tamaño. Con este objeto se hacen tinciones más especializadas utilizando un colorante llamado giemsa, con las que se pueden reconocer los patrones de bandas características. De esta forma se puede identificar cada cromosoma con su homólogo. La figura 1.9 muestra los patrones de bandas de los cromosomas humanos del 8 al 11. Como podrás apreciar, se detectan diferencias aun cuando los cromosomas son del mismo tamaño y forma. Se piensa que estas bandas son un reflejo de los patrones de compactación específicos de cada cromosoma. 29
UNIDAD 1 Figura 1.9. Mapa de patrones de bandas de los cromosomas 8 al 11 del humano. Ejercicio 3 1. Relaciona las siguientes columnas: ( ) Constitución genética de un organismo. a) Cariotipo ( ) Caracteres observables en un organismo. b) Genotipo ( ) Aspecto general de los cromosomas de un organismo. c) Fenotipo 2. Tipo de cromosomas presente en las células somáticas: a) Diploide. b) Haploide. 3. Cuál es la diferencia entre un cariotipo femenino y uno masculino en el humano?. 1.5. Alteraciones en el número y estructura de los cromosomas A los cambios que afectan a los cromosomas se les llaman alteraciones cromosómicas. Hay dos clases de ellas: 1. Cambios en el número normal de cromosomas. 2. Cambios en la estructura del cromosoma mismo. 30
TEMAS SELECTOS DE CIENCIAS DE LA SALUD 2 1.5.1. Factores que producen alteraciones cromosómicas Las alteraciones en los cromosomas pueden ocurrir en la naturaleza en forma normal o pueden ser inducidas artificialmente. Cuando la alteración es heredable se le considera una mutación. Por ello, la mutación se define como el cambio heredable en la secuencia del ADN de un cromosoma. Puede ocurrir en forma natural o inducida. Existen agentes químicos o físicos que producen cambios heredables en la secuencia del ADN de un cromosoma, y se les denomina mutágenos. Por ejemplo, en el periodo de fertilización embrionaria si la madre tiene contacto con radiaciones, medicamentos, drogas o tiene una mala alimentación. La alteración cromosómica causada por un agente mutagénico se puede producir en cualquier nivel del material genético, ocasionando alteraciones en la secuencia del ADN y alteraciones en la estructura del cromosoma. 1.6. Características fenotípicas de algunas alteraciones cromosómicas comunes En estudios realizados con mujeres embarazadas se ha observado que cerca del 3% de los fetos presenta alguna alteración cromosómica; sin embargo, aunque algunos son de consideración, no todos originan defectos graves. La mayoría de estos desórdenes pueden ser clasificados en dos grupos, de acuerdo con lo que vimos antes: los del tipo que alteran el número de cromosomas y los del tipo que cambian la estructura de algún cromosoma. Existe un gran número de defectos genéticos, los cuales pueden ser muy discretos o tan evidentes que se pueden detectar con relativa facilidad en el cariotipo. Como ejemplo mencionaremos algunos de los más frecuentes. Síndrome de Down Las personas que presentan la enfermedad genética denominada síndrome de Down, se caracterizan por tener un cuerpo macizo, cuello grueso y baja estatura. También presentan discapacidad intelectual en diferentes grados y lengua grande, que les dificulta hablar. En el cariotipo (figura 1.10) se observa la presencia de tres cromosomas en el par 21 en vez de dos, y esto se debe generalmente a que hubo no disyunción durante la formación de un gameto, aunque en algunos Cuál es la característica del cariotipo del síndrome de Down? casos lo que se presenta es una translocación, y se ve que un cromosoma del par 21 está unido a un cromosoma del par 14. 31
UNIDAD 1 Figura 1.10. Cariotipo de una persona con síndrome de Down. Se puede observar que el par 21 tiene un cromosoma adicional (supernumerario). Por lo regular, en las enfermedades genéticas debidas a la presencia de cromosomas supernumerarios, el producto no sobrevive o vive poco tiempo; sin embargo hay excepciones, como el síndrome de Down o el de Klinefelter, que sobreviven pero presentando, además de discapacidad intelectual, problemas en diversos órganos, como el corazón o el riñón, así como esterilidad. Cromosomas sexuales En ocasiones se observan anormalidades en los cromosomas sexuales. 1. Por ejemplo puede existir una alteración cromosómica que origine individuos con tres o más cromosomas, como: a) El síndrome de Klinefelter, el cual es un desorden genético en el que la constitución genética por los cromosomas sexuales es XXY, o inclusive con cariotipo XX XY. Una persona con esta condición es un individuo no desarrollado y estéril. Ocurre en 1/1 000 nacimientos de varones. b) El síndrome de Turner, condición originada por la no disyunción de los cromosomas del sexo, donde el cariotipo es XO, donde el O (cero) indica la ausencia de un cromosoma sexual. Las personas afectadas son hembras de baja estatura, con dobleces característicos en el cuello. Ocurre en 1/10 000 nacimientos de niñas. El hecho de que este síndrome presente una frecuencia mucho menor es debido a que la falta de un cromosoma interfiere muchas veces el desarrollo embrionario y éste no se completa. 32
TEMAS SELECTOS DE CIENCIAS DE LA SALUD 2 La fenilcetonuria es una enfermedad en la que no se puede producir la enzima que transforma el aminoácido fenilalanina en otros productos metabólicos importantes, por tanto, esta sustancia se acumula y daña al sistema nervioso central, lo que produce discapacidad intelectual irreversible. Sin embargo, en la actualidad es curable si se detecta a tiempo y se somete al niño desde temprana edad a una dieta controlada en la ingestión de fenilalanina. Otro caso en el que se presenta algún defecto es el albinismo, que se caracteriza por la carencia de la enzima necesaria para producir melanina, que es el pigmento pardo negruzco que le da color a la piel, los ojos y el pelo. Es el caso del daltonismo, un defecto de un par de genes ubicados en el cromosoma X que ocasiona una incapacidad para detectar los colores rojo y verde. Es frecuente en los varones, puesto que sólo tienen un cromosoma X. En mujeres es menos frecuente porque tienen el otro cromosoma X que puede ser normal. La hemofilia es un problema es causado por un gen localizado en el cromosoma X que no puede producir una de las proteínas indispensables para la coagulación de la sangre, y en consecuencia, cuando alguno de los afectados sufre una herida, la sangre no se coagula y esta condición le puede ocasionar la muerte. Existe la esperanza de descubrir nuevas formas de tratamiento y diagnóstico de enfermedades como las mencionadas. Tal vez en el futuro se aplicará algún tipo de terapia genética, que se basa en la introducción de genes normales para reemplazar los que sean defectuosos. Con este fin se están realizando grandes adelantos en la investigación científica, con objeto de descifrar el genoma completo de la especie humana, como veremos más adelante. 1.7. El genoma humano Para finalizar esta unidad haremos un breve recuento del proyecto más grande que hasta ahora se ha realizado en el área biológica: el desciframiento del genoma humano. Al final de la década de los ochenta se inició un ambicioso proyecto para descifrar la totalidad del genoma humano. Este proyecto tan importante consiste en hacer el mapa detallado de la ubicación de todos los genes de ADN de nuestra especie. De esta manera se podrán catalogar y analizar las instrucciones contenidas, con las que se desarrolla, a partir de un ovocito fertilizado, un organismo completo. En otras palabras, se podrá conocer la naturaleza genética de la humanidad. Recordemos que genoma humano es el conjunto completo de genes ubicados en los cromosomas de un organismo. El tamaño del genoma humano completo se calcula en 204 centímetros, con seis mil millones de pares de bases. Todo esto, empaquetado en 46 cromosomas. Si se considera que existen más de 80 000 genes diferentes en el genoma humano, con 3 000 millones de letras que descifrar, se entenderá la magnitud del proyecto, que en términos de programa científico y de presupuesto económico se ha comparado, por ejemplo, con el programa espacial que colocó al hombre en la Luna. 33
UNIDAD 1 Las investigaciones se han realizado en forma rápida, ya que han involucrado una gran cantidad de científicos del más alto nivel en varias partes del mundo, de tal forma que el 26 de junio del año 2000 se publicó la noticia de que se había alcanzado una de las metas de este ambicioso proyecto; se determinó 99% de la información genómica humana. Esto significa que ahora se conoce la localización y el orden de 3 120 millones de letras que constituyen el material genético de los cromosomas humanos. Como recordarás, cada cromosoma humano contiene una molécula muy larga de ADN. Cada una de éstas es de diferente tamaño, pues van desde 50 millones de pares de bases en el cromosoma 23, hasta 263 millones de pares en el cromosoma 1. Ante estas dimensiones, vale la pena recordar que, afortunadamente, la utilización de la computación y la secuenciación automática de nucleótidos se han unido a los avances en las técnicas de Ingenieria Genética para lograr un desarrollo, inclusive con rapidez, en el análisis de este material. Autoevaluación 1. Señala la característica que identifica el ADN de un procariote y lo diferencia de un eucariote: a) El ADN se organiza en cromosomas filamentosos. b) La cromatina (ADN + proteínas) está rodeada de la mambrana nuclear. c) La cadena de ADN es única y circular, sin membrana nuclear. d) La célula presenta un núcleo en lugar definido. 2. La cromatina está constituida por: a) ADN. b) ADN y proteínas. c) ADN y filamentos de nucleótidos. d) Proteínas y nucleótidos. 3. Ordena de manera secuencial las estructuras que se integran para constituir el plegamiento del ADN: a) Nucleosomas. b) Cromosomas. c) Cadena de ADN. d) Asas o bucles. 3 4. La región de constricción del cromosoma que mantiene a las cromátidas unidas es el: a) Telómero. b) Centrómero. c) Cinetocoro. d) Nucleótido. 34
TEMAS SELECTOS DE CIENCIAS DE LA SALUD 2 5. El ADN se encuentra más condensado y se tiñe más intensamente en: a) La eucrocromatina. b) El nucleolo. c) La heterocromatina. d) La membrana nuclear. 6. Contesta con una V si el enunciado es verdadero y con una F si es falso: El número de cromosomas de una especie nos indica su complejidad evolutiva. ( ) El síndrome de Down puede afectar a individuos masculinos y femeninos. ( ) El ADN de las células germinales (ovocitos y espermatozoides) se organiza en pares de cromosomas homólogos. ( ) Para elaborar un cariotipo es indispensable que la célula en mitosis se encuentre en metafase. ( ) 7. Relaciona las siguientes columnas: ( ) Constitución genética de un organismo. a) Genotipo. ( ) Características observables de un organismo. b) Cariotipo. ( ) Aspecto general de los cromosomas de un individuo. Tamaño, c) Fenotipo. forma y número. 8. El tamaño del genoma humano se ha calculado en: a) 10 000 genes. b) 80 000 genes. c) 3 000 000 000 de genes. d) 40 000 genes. 35
TEMAS SELECTOS DE CIENCIAS DE LA SALUD 2 Respuestas a los ejercicios Ejercicio 1 1. Es una sola molécula circular y plegada. 2. Falso. Ejercicio 2 1. b) Cinetocoro. 2. Verdadero. 3. Se tiñe con menor intensidad: tiene una coloración clara. Es menos compacta (más abierta). Ejercicio 3 1. (b) (c) (a) 2. a) Diploide. 3. El femenino tiene dos cromosomas X. El masculino tiene un cromosoma X y un Y. 37
UNIDAD 1 Respuestas a la autoevaluación 1. c) La cadena de ADN es única y circular, sin membrana nuclear. 2. b) ADN y proteínas. 3. d) 4. b) Centrómero. 5. c) La heterocromatina. 6. F, V, F, V, V 7. (a) (c) (b) 8. b) 80 000 genes. 38