Í N D I C E - Red Cubana de la Ciencia · vi.¿quÉ se conoce medio siglo despuÉs del descubrimiento de la doble hÉlice de la molÉcula de adn? la ingenierÍa genÉtica y la biotecnologÍa

2 SUPLEMENTO ESPECIAL

COORDINADOR GENERAL:Dra. Sonia Negrín Martínez. Vicedirectora Centro de Ingeniería Genéticay Biotecnología.

COORDINADORES:Dra. Marta Ayala Ávila. Centro de Ingeniería Genética y Biotecnología.Lic. Angela E. Sosa Espinosa. Centro de Ingeniería Genética yBiotecnología.Dra. Esther Diosdado Salces. Facultad de Biología. Universidad dela Habana.

CONSULTANTES:Dr. Luis Herrera Martínez. Director General Centro de IngenieríaGenética y Biotecnología.

PROFESORES:Dra. Sonia Negrín Martínez. Centro de Ingeniería Genética yBiotecnología.Dra. Marta Ayala Ávila. Centro de Ingeniería Genética y Biotecnología.Lic. Angela E. Sosa Espinosa. Centro de Ingeniería Genética yBiotecnología.Dra. Esther Diosdado Salcés. Facultad de Biología. Universidad dela Habana.Dr. Vicente Berovides Álvarez. Facultad de Biología. Universidadde la Habana.Lic. Rina Pedrol Troiteiro. Facultad de Biología. Universidad de laHabana.Lic. Ana Rosa Casanova Perdomo. Facultad de Biología. Universi-dad de la Habana.Dra. Clara González Arencibia. Facultad de Biología. Universidadde la Habana.Ing. Julio Raúl Fernández Massó. Facultad de Biología. Universi-dad de la Habana.Dr. Gabriel R. Padrón Palomares. Facultad de Biología. Universi-dad de la Habana.Lic. Raimundo Ubieta. Facultad de Biología. Universidad de la Ha-bana.Dr. Mario Pablo Estrada García. Facultad de Biología. Universidadde la Habana.Dr. Manuel Raices Pérez Castañeda. Facultad de Biología. Universi-dad de la Habana.Dr. Nelson Santiago Vispo. Facultad de Biología. Universidad de laHabana.Dr. Gerardo E. Guillén Nieto. Facultad de Biología. Universidad de laHabana.Ing. Julio Raúl Fernández Massó. Facultad de Biología. Universi-dad de la Habana.Dra. Xonia Xiques Martín. Facultad de Biología. Universidad de laHabana.Ing. Merardo Pujol Ferrer. Facultad de Biología. Universidad de laHabana.Dra. María Pilar Rodríguez Molto. Facultad de Biología. Universi-dad de la Habana.Dra. Verena L. Muzio González. Facultad de Biología. Universidadde la Habana.Dr. Gil Enríquez Obregón. Facultad de Biología. Universidad de laHabana.Dr. Ricardo Lleonart Cruz. Facultad de Biología. Universidad de laHabana.

INSTITUCIÓN COORDINADORA GENERAL:Centro de Ingeniería Genética y Biotecnología.

INSTITUCIÓN COLABORADORA PRINCIPAL:Facultad de Biología. Universidad de la Habana.

PARTICIPANTES:

GRUPO DE EDICIÓN EDITORIAL ACADEMIA

Edición: Lic. Hermes Moreno Rodríguez y VIrginia Molina CabreraDiseño y tratamiento de imágenes: Marlene Sardiña PradoCorrección y procesamiento computarizado: Caridad Ferrales Avín2003, Año de Gloriosos Aniversarios de Martí y del Moncada

Í N D I C E

I. HISTORIA DEL DESCUBRIMIENTO DE LA ESTRUCTURA EN EL ESPACIO DE LA MOLÉCULA DE LA HERENCIA: EL ADN / 3

Introducción / 3Principales moléculas biológicas de los seres vivos / 3ADN. Ácido Desoxirribonucleico / 3El descubrimiento / 4Breve historia de los Premios Nobel / 5Principales Premios Nobel relacionados con el descubrimiento y el desarrollo de la genética molecular / 8

II. LA HERENCIA / 8Introducción / 8Diversidad y unidad del mundo vivo / 9¿Cómo son las células? / 9¿Qué es la Herencia? / 10¿Quién fue Johann Gregorio Mendel? / 11¿En qué consisten los trabajos de Mendel? / 11¿Qué es la Genética? / 13

III. DESCUBRIMIENTO DE LA ESTRUCTURA EN DOBLE HÉLICE DEL ADN: WATSON Y CRICK, 1953 / 14

Introducción / 14¿Cómo se inicia la historia del descubrimiento del material hereditario? / 14¿Cómo se llegó a identificar la molécula que en la célula constituye el material hereditario? / 15¿Cómo es químicamente la molécula de ADN? / 16¿Cómo es espacialmente la molécula de ADN? / 16Trabajo de Watson y Crick. Nature N°. 4356, 25 de abril 1953 / 17Conclusiones más importantes del trabajo de Watson y Crick / 18¿Qué requisitos debe cumplir una molécula para que sea considerada material hereditario? / 18¿Por qué el modelo propuesto por Watson y Crick para el ADN explica que esta moléculaes el material hereditario? / 19

IV. EL ADN Y LOS CROMOSOMAS / 19Cada célula se forma por la división de otra célula / 19¿Qué estructura de la célula es la responsable de definir las características hereditarias? / 20Los cromosomas / 20División celular. Mitosis / 22División celular. Meiosis / 22¿Cómo es que ocurre la formación de las células germinales o gametos? / 23Las células sexuales de plantas y animales / 24¿Qué ocurre cuando se altera la estructura del ADN o cuando se altera el número de cromosomasen un organismo? / 25Algunas consideraciones históricas sobre la relación entre la conducta de los cromosomas en la célulay los denominados “factores” de Mendel / 26

V. EL ADN Y LA TRASMISIÓN DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA DE PADRES A HIJOS / 26¿Cómo se replica el ADN?: Ciclo celular / 26Experimento de Messelson y Stahl (1957) / 26Nociones sobre la replicación del ADN / 27¿De qué forma se almacena la información genética en la molécula de ADN? / 28¿Cómo a partir de la información genética contenida en el ADN se obtiene una proteína? / 28Genes y poligenes / 29Genes y ambiente / 29

VI.¿QUÉ SE CONOCE MEDIO SIGLO DESPUÉS DEL DESCUBRIMIENTO DE LA DOBLE HÉLICE DE LA MOLÉCULA DE ADN? LA INGENIERÍA GENÉTICA Y LA BIOTECNOLOGÍA / 30

Introducción / 30¿Cómo influye en el pensamiento científico el descubrimiento de la estructura del ADN? / 30Algunas metodologías importantes en el estudio de los genes / 30¿Cómo se hace la reacción en cadena de la polimerasa? (PCR) / 31Repercusiones de la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) / 31Tecnologia del ADN recombinante / 31Obtención de plantas mejoradas genéticamente / 31Conclusiones / 32

... La ciencia no es ni misterio de ini-ciados, ni privilegios de los aristócra-tas de la mente, sino el único medioque tiene el hombre de explicarse lasleyes de la vida...

JOSÉ MARTÍ

3SUPLEMENTO ESPECIAL

I. HISTORIA DEL DESCUBRIMIENTO DE LAESTRUCTURA EN EL ESPACIO DE LAMOLÉCULA DE LA HERENCIA: EL ADN

Introducción

Observemos un vaso de agua. Es esta una sustancia lí-quida a temperatura ambiente, que está constituida pordiferentes moléculas que se unen entre sí, y que a su vezestán compuestas por átomos de hidrógeno y oxígeno.Puede decirse entonces que la estructura química de lamolécula de agua está definida por dos átomos de hidró-geno unidos al átomo de oxígeno. Su fórmula química esH2O y es una forma simple de indicar la composición quí-mica de esta sustancia: 2 átomos de hidrógeno y uno deoxígeno. Esta estructura química determina la estructuraespacial de la molécula de agua.

Como puede observarse, la molécula de agua no eslineal, es decir, el ángulo entre los dos átomos de hidróge-no no es de 180o Debido a las propiedades de los átomosde oxígeno y de hidrógeno, existe una cierta densidad decarga negativa localizada sobre el átomo de oxígeno y unacierta densidad de carga positiva en los átomos de hidró-geno. Por tanto la molécula de agua es polar. Si la molécu-la de agua fuera lineal, es decir los átomos de hidrógenoseparados uno de otro por 180o, la molécula sería apolar.La polaridad de la molécula de agua determina muchasde sus propiedades y en particular sus propiedades comodisolvente, que son esenciales para el desarrollo y man-tenimiento de la vida. Todas las sustancias; sean sólidas,líquidas o gaseosas, tienen una estructura química quedetermina la estructura espacial de sus moléculas.

Comenzamos hablando del agua pura para explicar loque es la estructura espacial de una molécula sencilla. Sinembargo, no todas las sustancias son tan simples comoel agua. El azúcar de caña o sacarosa, por ejemplo, estáformada por dos unidades de azúcar, una de glucosa y otrade fructosa que se unen y forman la estructura química dela molécula de sacarosa. La estructura espacial de estamolécula es más compleja que la del agua porque tambiénes más compleja su estructura química.

Las moléculas de almidón forman largas cadenas deunidades de glucosa repetidas y constituyen un polímerode glucosa. A las unidades que se repiten en cualquierpolímero se les denomina monómeros.

Debe destacarse que en la naturaleza existen las mo-léculas de glucosa y la sacarosa; que al unirse química-

Fig. 1. Estructura química y espacial de la molécula del agua. Principales moléculas biológicasde los seres vivos

mente forman una nueva entidad química, una nueva mo-lécula que es la sacarosa con propiedades físicas y quí-micas diferentes a las de las moléculas que la origina-ron. Igualmente le ocurre al almidón con respecto a laglucosa. La glucosa, la fructosa, la sacarosa y el almi-dón están constituidos por carbono, oxígeno e hidróge-no, por lo que se denominan carbohidratos (hidratos decarbono).

El agua, el azúcar, el almidón y toda la materia anima-da e inanimada, viva o no, está formada por moléculas yátomos diferentes.

Fig. 2. Estructura química (a) y espacial (b) de la molécula de sacarosa.

Como se conoce todos los seres vivos están formados porcélulas, a su vez todas las células de los seres vivos estánformadas por moléculas y cada una de ellas desarrolla unafunción dentro de la célula. Estas moléculas poseen unaestructura química determinada y también adoptan una es-tructura espacial definida dentro de la célula.

Las moléculas que se encuentran en las células de losseres vivos son llamadas moléculas biológicas o biomo-léculas. Éstas pueden ser pequeñas como por ejemplo: unazúcar como la glucosa, un aminoácido como el ácidoglutámico, lípidos como el colesterol o los triglicéridos, ycada una posee una función específica dentro de la célula.Las biomoléculas también pueden ser moléculas grandesformadas por largas cadenas de pequeñas unidades quese repiten y además realizan funciones bien definidas den-tro de la célula. Las moléculas biológicas que formanpolímeros complejos son llamadas macromoléculas obiopolímeros.

Un ejemplo de molécula más compleja es la hemoglo-bina. Esta es una proteína contenida en nuestros glóbulosrojos. Por lo general, cada glóbulo rojo tiene cerca de 280millones denominadas moléculas de hemoglobina. La he-moglobina es una proteína que está formada por unidadesmás pequeñas de aminoácidos, y en el caso particular dela hemoglobina también posee en su estructura iones hie-rro. Su función es transportar el oxígeno de los pulmones anuestras células y recoger en ellas el gas carbónico.

Otro ejemplo es la celulosa característica de los tejidosvegetales. Ésta es un polímero formado por la unión de

moléculas de glucosa ysu función es estructural,pues le da sostén y rigi-dez a las plantas. Lospolímeros de carbohidra-tos se conocen tambiéncomo polisacáridos.

La célula más simpleque se conoce es la bacte-riana. Éstas son organis-mos unicelulares dondeuna sola célula constituyeun individuo. En la figurase ilustra la composiciónen moléculas de una cé-lula bacteriana y sus can-tidades relativas.

¡Importante!La célula no es la simple suma de las moléculasbiológicas que la constituyen, es una unidad diná-mica donde las moléculas biológicas existen rela-cionadas unas con otras y en interacción con elresto de las moléculas que le rodean. Es necesarioentender que la vida no se puede reducir a las mo-léculas biológicas (nivel molecular). La vida se ex-presa en la interrelación dinámica de estas molé-culas entre sí y con las otras moléculas, y de lacélula como un todo con otras células y con el medioque la rodea.

Ácido Desoxirribonucleico. ADN

Dentro de las macromoléculas biológicas se encuentraun polímero denominado ácido nucleico. Observemosdetenidamente uno de los ácidos nucleicos y analicemos,como en los ejemplos del agua, el azúcar o el almidóncada una de las moléculas que lo componen. Este ácidonucleico es el ácido desoxirribonucleico (ADN).

La compleja molécula de ADN está formada por uni-dades más simples que forman bloques o unidades quese repiten a lo largo de una cadena para conformar unpolímero. Cada unidad está constituida por: un azúcar ocarbohidrato, la desoxirribosa, un grupo fosfato y una basenitrogenada y se denomina nucleótido. Por eso la molé-cula de ADN es considerada un polinucleótido.

Fig. 3. Composición en moléculas de una célula bacteriana.

Fig. 4. La desoxirribosa es la molécula de azúcar presenteen el ADN.

(a) (b)

Tabla 1. Composición, estructura molecular y fórmula química del agua, el azúcar y el almidón


Fig. 5. Molécula de fosfato (PO4).

En las moléculas de ADN, las moléculas de azúcardesoxirribosa están siempre unidas a las moléculas defosfato formando un largo esqueleto azúcar-fosfato-azú-car-fosfato… .

Fig. 6. Esqueleto azúcar-fosfato de la molécula de ADN.

Moléculas de bases nitrogenadas: A cada desoxirribosase le enlaza una base por lo que se constituye un polímerode bases nitrogenadas + azúcar + fosfato.

Existen cuatro tipos diferentes de bases nitrogenadas:Adenina (A), Guanina (G), Timina (T), Citosina (C). Usual-mente las cuatro bases nitrogenadas se representan porsus iniciales: A, G, C y T. Las bases A y G son del tipopurinas y poseen una estructura química un poco máscompleja (dos anillos). Las bases C y T son pirimidinas yforman anillos simples. Todas las bases poseen nitróge-no en su molécula, de ahí el nombre de base nitrogenada.

No siempre es el mismo tipo de base nitrogenada elque se une al esqueleto azúcar fosfato. Las cuatro basesnitrogenadas: Adenina, Guanina, Citosina y Timina se al-ternan, por lo que el ADN está constituido por una larga

Fig. 7. Estructura química de las bases Adenina, Timina, Guanina y Citosina.

Tabla 2. Resumen de las moléculas y átomos que compo-nen el ADN en células de los seres vivos

El descubrimiento

cadena que es regular con respecto a la secuencia deazúcar y fosfato, e irregular con respecto a la secuenciade bases nitrogenadas. La única secuencia irregular quese encuentra en la molécula del ácido nucleico ADN es lasecuencia de las bases nitrogenadas.

Un resumen de las moléculas y átomos que compo-nen el ADN que se encuentra en las células de los seresvivos se presenta en la tabla 2.

Fig. 8. El ADN está compuesto por moléculas más simples.

El descubrimiento que se estudiará está relacionado conla molécula de ácido desoxirribonucleico (ADN), la quetambién se conoce por sus siglas en inglés DNA(deoxyribonucleic acid). El ADN cumple una función muyimportante dentro de la célula ya que es la molécula res-ponsable de llevar la información hereditaria y transmitirlade padres a hijos.

El mencionado descubrimiento consistió en definir unaestructura espacial para la molécula de ADN, que fueracapaz de dar explicación a cómo se puede almacenar lainformación hereditaria y a la vez trasmitir copias exactasde sí misma y garantizar la herencia.

Algunos investigadores habían propuesto estructurasespaciales para esta molécula, sin embargo, dos investi-gadores propusieron por primera vez un modelo de dos lar-gas cadenas de ADN antiparalelas (una frente a otra) yunidas por puentes que se formaban entre las basesnitrogenadas de una y otra cadena. Estas cadenas apare-cían arrolladas en espiral formando una estructura denomi-nada doble hélice. Véase la figura 9 y observe que cadacadena constituye el polímero base nitrogenada + azúcar+ fosfato. Dos cadenas se colocan una frente a otra perocon sentido contrario.

Fig. 9. Estructura del polímero base nitrogenada+azúcar+fosfato.

Las cadenas que se colocan una frente a otras sonentonces antiparalelas. Además, siempre una basenitrogenada de menor tamaño se asocia con una de ma-yor tamaño formando pares de bases timina-adenina ocitosina-guanina manteniéndose un diámetro determina-do entre las dos cadenas.

Las dos largas cadenas sufren en el espacio una tor-sión arrollándose y formando una espiral, como una esca-lera de caracol donde los peldaños son las basesnitrogenadas unidas entre sí por puentes de hidrógeno. Cadavuelta de la espiral tiene también una medida definida.

Fig. 10. La estructura de la molécula de ADN tiene cierta simi-litud a una escalera de caracol.

Así puede apreciarse que en el espacio la macromoléculade ADN tiene una estructura en doble hélice.

¡Importante!Los investigadores descubrieron que la molécula deADN se presentaba en el espacio en forma de doscadenas antiparalelas y arrolladas en espiral, ple-gadas sobre sí misma.

Esta molécula está dentro de la célula junto con otrasmuchas moléculas constituyendo la materia viva, por loque la genialidad de estos investigadores consistió enpoder establecer, a partir de una serie de experimentos,que esta era una estructura posible para esta moléculaespecífica que es el ADN y que la estructura propuesta omodelo era capaz de explicar la función del ADN dentrode la célula.


Fig. 11. Ubicación del ADN dentro del núcleo de la célula.

Conozcamos, pues, la historia, es decir, qué ocurrióantes y durante el descubrimiento y el desarrollo que sealcanzó en la ciencia en general y en la genética en par-ticular posterior al mismo. Este descubrimiento es consi-derado uno de los hitos fundamentales de la BiologíaMolecular.

La estructura en doble hélicede la molécula de ADN

La historia del descubrimiento de que la macromoléculade ADN poseía una estructura espacial en forma de doblehélice, que explicaba la capacidad de dar respuesta a losfenómenos de trasmisión de los caracteres o característi-cas de unos individuos a otros en la descendencia, cons-tituyó el punto de partida para el desarrollo de la BiologíaMolecular. Este es un tema sumamente interesante y atra-yente, donde se hilvanan con coherencia los hechos queocurrieron antes de ese fundamental descubrimiento yotros aparentemente aislados, así como su repercusión ylos resultados más brillantes del siglo XX que hicieronposible poder explicar uno de los fenómenos más univer-sales de los seres vivos y de mayor trascendencia para lahumanidad: La Herencia.

El descubrimiento fue dado a conocer al mundo porlos autores principales James Watson y Francis Crick enun trabajo publicado en la revista Nature, 2 de abril de1953, Vol. 171, página 737; y que se tituló: “A structurefor Deoxyribose Nucleic Acid” (Una estructura para el AcidoDeoxiribonucleico).

Los trabajos investigativos de estos dos científicos seprolongaron por dos años. Watson, doctor en Zoología denacionalidad estadounidense, y Crick, doctor en Físicade nacionalidad inglesa, se unieron en 1951 en un labo-ratorio de la Universidad de Cambridge, Inglaterra, y tra-bajaron juntos convencidos de que al descifrar la estruc-tura espacial de la molécula de ADN podrían explicar elmecanismo mediante el cual se trasmitía la informacióngenética.

Durante dos años y con la ayuda de los experimentosde Maurice Wilkins y las radiografías de la molécula delADN hechas por Rosalind Franklin, dieron a conocer en1953 que el ácido desoxirribonucleico poseía una estruc-tura de doble hélice que formaba una espiral de variasvueltas. Plantearon, además, que la doble hélice podíasepararse en dos simples cadenas que automáticamentese convertían en una especie de plantilla o molde para laformación de otras hélices idénticas, esto explicaba loque ocurre durante la multiplicación de las células.

Watson y Crick, junto con Maurice Wilkins, recibieronpor su descubrimiento el Premio Nobel de Medicina en1962. La química Rosalind Franklin, cuyo trabajo experi-mental fue clave para este descubrimiento, había muertode cáncer tres años antes del reconocimiento.

Antes de continuar profundizando en los pormenoresdel descubrimiento, en los fenómenos que le precedierony lo que aconteció posteriormente, se abordará una brevehistoria de los Premios Nobel, fundamentalmente aque-llos que tuvieron que ver directa o indirectamente, antes ydespués con el descubrimiento de la estructura de lamolécula de ADN y que están vinculados al desarrollo dela Física, la Química o la Medicina particularmente.

Breve Historia de los Premios Nobel

¿Quién fue Alfred Nobel?

Fig. 12. Alfred Nobel.

Nació en Suecia en 1833, su pa-dre fue ingeniero y en un tiempotrabajó también como arquitecto.Cuando Alfred tenía cinco añosde edad, la familia se mudó a SanPetersburgo donde puso en mar-cha un taller de mecánica para lafabricación de minas antiper-sonales para las fuerzas armadasrusas.

barras que podían ser transportadas y sometidas a gol-pes, sin que ocurriera nada. La única desventaja de lanueva sustancia era que disminuía algo la fuerza explosi-va, ya que la tierra de diatomeas no participaba comosustancia activa. Este invento Nobel lo llamó dinamita (delvocablo griego que significa �fuerza”).

En 1867 obtuvo la patente de la dinamita en variospaíses, sobre todo en Gran Bretaña, Suecia y EstadosUnidos. La época exigía grandes proyectos de instalacio-nes como ferrocarriles, puertos, puentes, carreteras, mi-nas y sobre todo, túneles, donde las explosiones erannecesarias.

Al año siguiente de la patente, Alfred Nobel obtuvo, jun-to con su padre, el Premio Lettersdtska de la Real Acade-mia de Ciencias de Suecia. El Premio le fue concedido por�inventos importantes de valor práctico para la humanidad”.

Alfred Nobel fue también un humanista y filósofo. Te-nía intereses literarios, leía mucho y escribió dramas ypoesía. Su poeta favorito era Shelley (1792-1822), un poetadel romanticismo inglés. Además, Nobel mostraba incli-nación por las cuestiones filosóficas.

Entre los documentos que dejó, hay un libro de Filo-sofía donde hace sus propios comentario sobre Platón,Aristóteles y Demócrito, así como de los evolucionistasDarwin y Haeckel.

Así, por ejemplo, dice que está poco claro qué es loque condujo al ser humano a la idea de un Dios. Eso lelleva a reflexionar sobre la metodología de la ciencia ydesarrolla un razonamiento que no sólo está inspirado enel humanista John Locke (1632-1704), sino también en elideal del conocimiento del naturalista, explorador y políti-co Alexander von Humboldt (1769-1859): “Toda cienciase basa en la observación de similitudes y disimilitudes”,escribe Nobel.

Aún más interesantes eran quizás las ideas de Nobelsobre la guerra y la paz. A menudo se dice que instituyóun premio de la paz por la mala conciencia que tenía porsu industria de armas, aunque en vida sus inventos nofueron usados en la guerra salvo la balística.

La familia vivió entonces al ni-vel de la alta burguesía. Los hijos

del matrimonio recibieron enseñanza en el hogar a cargode eminentes profesores al nivel de catedráticos. Ademásde clases de sueco, Alfred y sus hermanos estudiaron ruso,francés, inglés y alemán, así como Literatura, Filosofía,Matemáticas, Física y Química. Alfred Nobel completó pos-teriormente su formación de Químico.

En 1847 se había descubierto una nueva sustancia ex-plosiva, a la que se dio el nombre de piroglicerina (despuésconocida como nitroglicerina). El inventor advirtió sobre lanueva sustancia, que no sólo tenía una terrible fuerza ex-plosiva, sino que además era imposible de dominar.

En 1856 implicó una catástrofe para la fabricación deproductos bélicos. La fábrica de su padre quebró y la fami-lia se mudó a Suecia. En los años alrededor de 1860, Alfredretomó los experimentos que se habían hecho con la nitro-glicerina. Así consiguió, primero, producir nitroglicerina encantidad suficiente sin que ocurriera ningún accidente.Después mezcló la nitroglicerina con la pólvora negra yencendió la mezcla con una mecha corriente. En octubrede 1863 se le concedió la patente del explosivo que AlfredNobel llamó “aceite explosivo”. Alfred tenía 30 años.

En la primavera y el verano siguientes el inventor pre-sentaba una nueva patente, la utilización de un detonadorcombinado con la nitroglicerina, o como entonces lo llamó“un encendedor inicial”; es decir, un taco de madera huecoque se llenaba de pólvora negra. Aquella construcción fuemejorada con la sustitución del taco de madera por un cas-quillo de metal. De esta forma se pudo aprovechar de formaeficaz la nitroglicerina como explosivo. De ahí que muchoshayan considerado que, como invento, el detonador fuesencillamente más importante que la dinamita.

En septiembre de 1864 se produjo una gran explosiónen la fábrica de las afueras de Estocolmo, donde su her-mano Emil y otras cuatro personas perdieron la vida. Losfallecimientos implicaron en sí mismos una tragedia, peroa ello hubo que añadir el terror del entorno y los rumores.Tan sólo un mes más tarde fundó Alfred Nobel la primerasociedad anónima.

La nueva sociedad anónima logró una buena respues-ta en el mercado. Los pedidos empezaron a llegar a pe-sar del accidente. Los Ferrocarriles del Estado de Sueciapidieron, por ejemplo, aceite explosivo para su trabajo enla construcción del túnel de la zona sur de la capital.

Al año siguiente, 1865, Alfred hizo su modelo mejo-rado del detonador en metal, cuyo principio es similar alusado hoy día. Nobel consiguió la patente de su aceiteexplosivo en Gran Bretaña, Noruega y Finlandia y enta-bló negocios en varios países más. En ese mismo añoviajó a América, en este tiempo estalló la fábrica de Ale-mania. Al volver tuvo que limpiar y planificar para unanueva construcción.

Por el momento, instaló su laboratorio en una lan-cha, que amarró esta vez en el río Elba. Era evidenteque el aceite explosivo no resultaba estable, y que eltransporte o la conservación durante mucho tiempo im-plicaba grandes riesgos. Por eso, Nobel siguió pensan-do en el problema de la seguridad, e hizo todo el tiemponuevos experimentos.

Finalmente y en el lugar exacto dónde se encontrabaahora su laboratorio, descubrió una arena porosa y absor-bente llamada “tierra de diatomeas”. Cuando Nobel hizoque la nitroglicerina fuera absorbida por esa tierra, se for-mó una pasta amasable a la cual se le podía dar forma de

El testamento de Alfred Nobel

La idea de donar su fortuna no fue un capricho inconexode Nobel. Había pensado en ello durante mucho tiempo yhabía reformulado el testamento en varias ocasiones.

El testamento definitivo lo firmó Nobel el 27 de noviem-bre de 1895 en el club sueco-noruego de París. El 10 dediciembre de 1896 falleció Alfred Nobel en su hogar deSan Remo. El testamento de Nobel cabía, a grandes ras-gos, en una página. Después de una relación de legadosa familiares y a otras personas allegadas, Nobel declaraque los intereses de todo el resto de su fortuna han deutilizarse “como premio para los que, durante el año pa-sado, hayan sido de mayor utilidad a la humanidad” enlos campos de Física, Química, Fisiología o la Medicina,la Literatura y la Paz.

Según se recoge en su testamento:

La totalidad de lo que queda de mi fortuna que-dará dispuesta del modo siguiente: el capital,invertido en valores seguros por mis testamen-tarios, constituirá un fondo cuyos intereses se-rán distribuidos cada año en forma de premiosentre aquéllos que durante el año precedentehayan realizado el mayor beneficio a la humani-dad. Dichos intereses se dividirán en cinco par-tes iguales, que serán repartidas de la siguientemanera: una parte a la persona que haya hechoel descubrimiento o el invento más importantedentro del campo de la Física; una parte a lapersona que haya realizado el descubrimiento omejora más importante dentro de la Química;una parte a la persona que haya hecho el des-cubrimiento más importante dentro del campode la Fisiología y la Medicina; una parte a lapersona que haya producido la obra más sobre-saliente de tendencia idealista dentro del cam-po de la Literatura, y una parte a la persona quehaya trabajado más o mejor en favor de la fra-


ternidad entre las naciones, la abolición o re-ducción de los ejércitos existentes y la celebra-ción y promoción de procesos de paz. Los pre-mios para la Física y la Química serán otorga-dos por la Academia Sueca de las Ciencias, elde Fisiología y Medicina será concedido por elInstituto Karolinska de Estocolmo, el de Litera-tura, por la Academia de Estocolmo, y el de losdefensores de la paz por un comité formado porcinco personas elegidas por el Storting (Parla-mento) noruego. Es mi expreso deseo que, alotorgar estos premios, no se tenga en conside-ración la nacionalidad de los candidatos, sinoque sean los más merecedores los que recibanel premio, sean escandinavos o no.

Los Premios de Física y Química serían concedidospor la Real Academia de Ciencias de Suecia; los de Fi-siología o Medicina, por el Karolinska Institutet deEstocolmo; los de Literatura, por la Academia Sueca;mientras que los laureados por la Paz serían elegidos porun comité nombrado por el Parlamento de Noruega, paísque formó con Suecia una unión de 1814 a 1905.

A su muerte, Alfred Nobel tenía 355 patentes registra-das a su nombre, sobre las que había construido unas 90fábricas en 20 países. Por eso no es de extrañar que lacantidad de dinero disponible para establecer los premiosfuera tan grande: unos 31 millones de coronas suecas,después de deducir gastos. El resto sería utilizado, poruna parte, para los premios y, por otra, para acumularlo alprincipal. La cantidad original había aumentado hasta el 1de enero 1996 a 2, 300 millones de coronas suecas. Elimporte de cada premio ascendió aquel mismo año a 7,4millones de coronas.

Los Premios Nobel son concedidos cada año a perso-nas o entidades por sus aportes extraordinarios realiza-dos durante el año anterior en los campos de la Física,Química, Fisiología y Medicina, Literatura, Paz y Econo-mía. Estos premios están financiados por los interesesdevengados de un fondo en fideicomiso contemplado enel testamento del químico, inventor y filántropo sueco AlfredBernhard Nobel.

El 10 de diciembre de 1901, se concedieron por pri-mera vez los Premios Nobel cinco años después de lamuerte de Alfred Nobel. En esta primera ocasión se lesentregó a seis científicos y humanistas europeos, estosfueron:

• Física: Wilher C. Roentgen, por el descubrimientode los rayos X.

• Medicina: Emil Von Behring, quien creó la cienciade la inmunología.

• Literatura: Rene Prudhomme, por su poemario So-ledades.

• Química: Jacobus Van´t Hoff Of, por sus investiga-ciones en el campo de la estereoquímica.

• Paz: Jean H. Dunant, por la creación de la Cruz RojaInternacional.

• Paz: Frederic Passy, quien fundó la Unión Interpar-lamentaria para el Arbitraje y la Paz.

Cada otoño se realiza el anuncio de los laureados conel premio, y el 10 de diciembre de cada año se desarro-llan las ceremonias de entrega en Estocolmo y Oslo. Elganador del Premio Nobel recibe una medalla de oro y undiploma con su nombre y el campo en que ha logrado taldistinción, así como una retribución en metálico.

¡Interesante!En sus inicios, podían compartir un Premio Nobelvarias personas. Desde 1968 los jueces debendividir cada premio entre dos o tres personas yaque no está permitido repartirlo entre más de tres.Si se considerara que más de tres personas mere-cen el premio, se concedería de forma conjunta.

El fondo está controlado por un comité de la Funda-ción Nobel, compuesto por seis miembros en cada man-dato de dos años: cinco elegidos por los administradoresde los organismos contemplados en el testamento, y elsexto nombrado por el Gobierno sueco.

Los seis miembros serán ciudadanos suecos o norue-gos. De acuerdo con la voluntad de Nobel, se han esta-blecido institutos separados en Suecia y Noruega parafavorecer los objetivos de la Fundación con el fin de po-tenciar cada uno de los cinco campos en los que se con-ceden los galardones.

En 1968, para conmemorar su 300 aniversario, el Ban-co Nacional de Suecia creó el Premio Nobel de CienciasEconómicas, que es otorgado por la Real Academia Sue-ca de las Ciencias que concede también los premios deFísica y Química.

Desde 1974, el premio sólo puede ser otorgado enforma póstuma a una persona fallecida que haya sidonombrada como ganadora del premio de ese año, perofalleciera antes de la ceremonia de premiación.

Algunas consideracionessobre los premios Nobel

El premio Nobel nació con el siglo XX, ha sido y es reflejodel acontecer económico, tecnológico, político y socialdel capitalismo. Aunque la mayoría de los laureados go-zan de reconocido prestigio internacional, en muchasocasiones no ha sido justo y tampoco consecuente enreconocer a personas de todas partes del mundo en fun-ción únicamente de su aporte a la humanidad.

Durante el primer cuarto de siglo se otorgaron cientoveintisiete premios, de ellos sólo once fueron personasno europeas; ocho estadounidenses, dos canadienses yun indio. En este mismo periodo sólo tres mujeres euro-peas fueron premiadas. Marie Curie (Física, 1903 y Quí-mica, 1911), Selma Lagerlof (Literatura, 1909) y Berta vonSuttner (Paz, 1905). Otras mujeres como Rosa Luxem-burgo (1895-1919) o Clara Zetkin (1857-1933), contempo-ráneas de esa época fueron marginadas de los Nobel porsu condición de revolucionarias.

Una evidencia para entender la posible manipulación einconsecuencia en el otorgamiento de algunos de estospremios, es que de los ocho premios a ciudadanos norte-americanos en esta época cuatro fueron premios de laPaz, entre los que figuran: los presidentes TheodoreRoosevelt (1906) y Woodrow Wilson (1919). Ambos nosolo fortalecieron sus ejércitos, sino que desarrollaron todauna política ingerencista en los países latinoamericanos,obra muy distante de los postulados del testamento deAlfred Nobel.

Eliu Root, premio de la Paz en 1912, era partidario dela política de big stick auspiciada por las administracio-nes estadounidenses, y el cuarto premiado por la paz fueel banquero Charles G. Dawes, 1925, quien financió aAlemania después de la primera guerra Mundial medianteun plan que violaba el tratado de Versalle.

Mijail Gorbachov no fue premiado como dirigente de laUnión Soviética cuando dirigió sus esfuerzos a la conse-cución de tratados para la reducción del armamentismo yfavorecer la distensión internacional; sin embargo, en 1990con la desaparición del bloque Socialista fue proclamadoPremio Nobel de la Paz.

En diferentes ocasiones se ha tratado de medir por elmismo rasero los esfuerzos de paz de agresores y agre-didos. Por ejemplo, en 1973 se nominan por el premio dela Paz a Henry Kissinger y a Le Duc Tho por los conve-nios que daban fin a la guerra de Viet Nam. El dirigentevietnamita rechazó el galardón.

Cinco años después se otorgó el mismo premio al pri-mer ministro israelita Menajem Beguim y al presidenteegipcio Anuar el Sadat, como consecuencia de los acuer-dos de Camp David. El mismo caso se repetía en 1993cuando el parlamento noruego decretó que el luchadorsudafricano Nelson Mandela debía compartir el premio conel notorio segregacionista racial Frederik de Klerk. En 1994ocurre lo mismo con el líder palestino Yacer Arafat y losgobernantes sionistas Simón Peres e Isaac Rabin.

Muchas personalidades han sido omitidas de los pre-mios Nobel. Entre ellos pudiéramos señalar a: MahatmaGandhi (1869-1948) gran pacifista, líder espiritual y políticohindú; Thomas Alva Edison (1847-1931), inventor estado-unidense que desarrolló la bombilla o foco eléctrico, unsistema generador de electricidad, un aparato para grabarsonidos y un proyector de películas, todos los cuales hantenido profundos efectos en la configuración de la sociedadmoderna y Dimitri Mendeleiev (1834-1907) gran químico rusocreador de la tabla de elementos periódicos.

En literatura pueden nombrarse, entre otros, a Azorín,Unamuno, Valle Inclán, Antonio Machado (España) y aEmile Zola (1862-1902), novelista y crítico francés que fueel fundador del movimiento naturalista en literatura.

La presencia poco significativa de la mujer entre loslaureados, así como la poca representación latinoameri-cana en los mismos, denota la parcialidad y el manejo avoluntad para el otorgamiento de algunos de estos pre-mios como reflejo de una política de poder que desvirtúalos deseos expresos de Alfred Nobel escritos en su tes-tamento. A pesar de esto, el nombre de muchas persona-lidades en el campo de las ciencias, la literatura, la econo-mía y luchadores por la paz, figuran entre los premiadospor este reconocimiento para galardonar a los hombres quemás hayan contribuido a la humanidad.

Mujeres que han recibido el Premio Nobel

Solo 22 mujeres han recibido el premio Nobel:

FísicaMarie Curie (1903).Maria Göppert-Mayer (1964).QuímicaMarie Curie (1911).Irene Joliot-Curie (1935).Dorothy Hodgkin-Crowfoot (1964).Medicina y FisiologíaGerty Theresa Cori (1947).Rosalyn Yalow (1977).Barbara McClintock (1983).Rita Levi-Montalcini (1986).Gertrude Elion (1988).Christiane Nüsslein-Volhard (1995).PazBertha KinsKy (baronesa von Suttner) (1905).Jane Addams (1931).Emily Greene Blach (1946).Betty Williams (1976).Mairead Corrigan (1976).Madre Teresa de Calcuta (1979).Alva Reimer Myrdal (1982).Aung San Suu Kyi (1991).Rigoberta Menchú (1992).Jody Williams (1997).LiteraturaGabriela Mistral (1945).

Notas biográficas de las mujeres que han recibido Pre-mios Nobel en ciencias.

Dos años después de la fundación del Premio Nobel,en 1901 este fue otorgado a Marie Curie. Desde entonces,sólo nueve mujeres más lo han recibido en este campo.

Marie Curie (1867-l934), radio-química francesade origen polaco.

Fig. 13. María Curie.

Nació en Polonia y vivió en Fran-cia. Se graduó con honores enCiencias Físicas y luego enMatemática. Junto con su es-poso resolvió el misterio de laradiación y descubrió varios ele-mentos radioactivos: uranio,torio. En 1903 recibe conjunta-mente con su esposo PierreCurie el Premio Nobel en Físicapor sus investigaciones sobre laradiación. Años más tarde, en


Rosalyn YaIow (n. 1921), biofísicaestadounidense.

1911, se le otorga el Premio Nobel en Química por el des-cubrimiento de los elementos químicos radio y polonio.Es la científica más conocida y es la única en recibir dosPremios Nobel dentro del campo de las ciencias.

Fig. 14. María Goeppert-Mayer.

Nació en Nueva Yorkse graduó en Física yobtuvo el doctorado enFísica Nuclear. Con elmédico Solomon Be-ron desarrolló la técni-ca denominada radioinmuno ensayo (RIA).En 1977 recibió el Pre-mio Nobel de Fisiolo-

gía y Medicina por el desarrollo de la técnica conocidacomo de radioinmunoensayo (RIA), utilizado para deter-minar pequeñísimas cantidades de sustancias en la san-gre y otros fluidos. Esta metodología tiene actualmentemúltiples aplicaciones, incluyendo su uso en Medicinapara el diagnóstico de muchas enfermedades como he-patitis, SIDA y otras.

Fig. 18. Rosalyn Yalow.

Bárbara McClintonck (1902-1992),genetista estadounidense.

Fig. 19. BárbaraMcClintonck.

Siendo estudiante avanzada deBotánica en la Universidad deCornell, Nueva York; identificó 10cromosomas del maíz. Su análisiscelular del maíz fue el primero endemostrar que al entrecruzamientode organismos lo acompaña un in-tercambio físico entre cromosomashomólogos. Sus aportes a laCitología (ciencia que estudia lascélulas) y a la Genética contribu-yeron a la comprensión de los fac-tores hereditarios en humanos. En

1983 recibe el Premio Nobel de Fisiología y Medicina porsu descubrimiento de elementos genéticos móviles.

Rita Levi-Montalcini (n. 1909),médica italiana.

Fig. 20. Rita Levi-Montalcini.

Se graduó de Medici-na y se especializó enneurología y psiquia-tría. Realizó los expe-rimentos iniciales queimpulsaron el descubri-miento de diferentesfactores de crecimien-to nervioso. Avanzó en

el conocimiento de algunas enfermedades neurológicas ysu tratamiento, el desarrollo de terapias de regeneraciónde tejidos y el estudio del cáncer. En 1986, conjunta-mente con Stanley Cohen, recibe el Premio Nobel enMedicina por sus descubrimientos sobre el factor de cre-cimiento neural y el factor de crecimiento epidérmico.Actualmente reside en Roma.

Gertrude B. Elion (1918-1999),Química estadounidense.

Fig. 21. GertrudeB. Elion.

Estudió Química en el HunterCollege y obtuvo una maestría enciencias en la Universidad de Nue-va York. Revolucionó la producciónde medicamentos para el trans-plante de órganos, leucemia infan-til, gota y herpes. Recibe el Pre-mio Nobel en Medicina en 1988conjuntamente con James W.Black y George Hitchings, por susdescubrimientos sobre los princi-pios del tratamiento por medio dedrogas.

Christiane Nüsslein-Volhard (n. 1942),bioquímica de origen alemán.

Estudió Biología, Quí-mica y Física. Con EricWieschaus se dedicóal desarrollo embriona-rio de la mosca de lafruta y descubrieronalrededor de 120 ge-nes de efecto maternoque controlan el desa-Fig. 22. Christiane Nüsslein-Volhard.

rrollo embrionario. Conjuntamente con Edward B. Lewis yEric F. Wieschaus, en 1995 recibe el Premio Nobel enMedicina por sus descubrimientos sobre el control genéticoen el desarrollo embrionario temprano. Actualmente si-gue sus investigaciones en el desarrollo embrionario de lamosca de la fruta y en el pez cebra en el instituto Max-Planck en Alemania.

Figuras científicas relevantes que participarondirectamente en el descubrimientode la estructura del ADN

La investigación sobre el ADN de los científicos británi-cos Rosalind Franklin y Maurice Wilkins constituyó la basepara el descubrimiento de Watson y Crick en 1953, de la

estructura en doble hélice delADN.Nació en Inglaterra el 25 de juliode 1920, murió en Londres el 16de abril de 1958. Se graduó enla Universidad de Cambridge en1941 a pesar de la oposiciónpaterna. Hizo estudios funda-mentales de microestructurasdel carbón y del grafito, y estetrabajo fue la base de su docto-rado en Química Física que ob-tuvo en la Universidad deCambridge en 1945.

Después de Cambridge ella pasó tres años (1947-1950)en el Laboratoire de Services Chimiques de L’Etat de Pa-rís, donde aprendió técnicas de la difracción de rayos X.En 1951 volvió a Inglaterra como investigadora asociadaen el laboratorio de Juan Randall en King’s College,Cambridge.

Para Rosalind era la oportunidad de aplicar sus cono-cimientos a la biología y el laboratorio de Randall se en-contraba en un alto nivel de desarrollo en este campo. Enel laboratorio trabajaba en este mismo tema MauriceWilkins. Lamentablemente la competencia llevó la rela-ción a un conflicto permanente entre Rosalind y Wilkins.

Fig. 24. Maurice Wilkins.

Nació el 15 de diciem-bre de 1916 en Ponga-roa, Nueva Zelanda.Hizo su doctorado enla Universidad de Bir-mingham en 1940. En1946 fue nombradomiembro del Consejode Investigación Médi-ca del King’s College

de la Universidad de Londres, y en 1955 vicerrector.

Fig. 25. Francis Crick.

Se licenció en cien-cias físicas en Lon-dres, donde vio inte-rrumpida su primerainvestigación por laSegunda Guerra Mun-dial en 1939. Durantela contienda bélica tra-bajó en calidad de

científico, fundamentalmente en la producción de minasnavales. En 1947 inicia sus estudios de Biología enCambridge. Fuertemente atraído por esta disciplina tras

María Goeppert-Mayer, (1906-1972), físicade origen alemán.

Se graduó en Física, en el con-texto de los nuevos descubri-mientos de partículas, reaccio-nes atómicas y los primerosaceleradores de partículas. Leconceden, conjuntamente conJ. Hans Jensen y Eugene P.Wigner, el Premio Nobel de Fí-sica en 1963 por el descubri-miento de la estructura nuclearorbital.

Irene JoIiot-Curie (1897-1956),física francesa.

Nacida en París, hija mayor deMarie y Pierre Curie. En 1914,durante la primera guerra mundial,ayudó a su madre a instalar uni-dades de rayos X. Se casó conFrederic Joliot. Desarrolla con suesposo una investigación para elestudio de las radiaciones emiti-das por los elementos químicosmás livianos, esto llevó a los Joliot-Curie, al descubrimiento de la ra-dioactividad artificial. Recibe el Pre-mio Nobel de Química en 1935 con

Fig. 15. IreneJoliot-Curie.

Frederic Joliot Curie, como reconocimiento a la síntesisde nuevos elementos radioactivos.

Gerty Radnitz Cori (1896-1957), bioquímicade origen checo.

Estudia Medicina y se casó consu compañero de estudios CarlCori, con él formó el más exito-so y sólido equipo de investiga-ción hasta su muerte. Ellos de-sarrollaron el fundamento decómo se alimentan las célulasy transforman la energía. Con-juntamente con Carl Cori y Ber-nardo Alberto Houssay del Ins-tituto de Biología y MedicinaExperimental de Buenos Aires,Fig. 16. Gerty Radnitz Cori.

reciben en 1947 el Premio Nobel en Fisiología y Medicinapor sus descubrimientos de las reacciones químicas quellevan a la conversión catalítica del glucógeno.

Dorothy Crawford Hodgkin (1910-1994),bioquímica inglesa.

Alrededor de 1930 inició sus es-tudios en cristalografía de molé-culas por medio de rayos X. Sededicó al estudio de la moléculade colesterol y estableció la es-tructura tridimensional de la pe-nicilina y de la insulina. Le otor-gan en 1964 el Premio Nobel enQuímica por sus determinacio-nes de las estructuras de impor-tantes sustancias bioquímicaspor medio de la técnica de ra-yos X.

Fig. 17. Dorothy CrawfordHodgkin.

Fig. 23. Rosalind Franklin.


leer la obra del físico Schrödinger ¿Qué es la vida?. Que-ría, según contaba años después, explicar científicamen-te el misterio de la vida. En 1949 empezó a formar partede la Unidad del Consejo de Investigación Médica deCambridge. Se integraba así en un equipo de investiga-dores dirigido por Perutz, y que conseguiría ejercer enBiología Molecular un efecto tan importante como el que,durante los años treinta y en el mismo edificio (el Labo-ratorio Cavendish), había logrado el equipo de Rutherforden el campo de la Física de partículas.

Después del descubrimiento siguió estudiando el có-digo genético e investigando los virus. En 1976 se incor-poró al Instituto Salk para Estudios Biológicos deCalifornia, donde todavía hoy continúa trabajando en va-rias investigaciones sobre el funcionamiento del cerebroy el estudio de la conciencia.

Norteamericano docto-rado en Zoología en laUniversidad de Indianae interesado en la ge-nética. En Indiana ha-bía estado profunda-mente influenciado porlos genetistas H. J.Muller y T. M. Sonne-

born, así como por el microbiólogo S. E. Luria. Su primeraño de postgraduado en Copenhague estuvo marcado porlos trabajos junto a un bioquímico, Herman Kalckar, y almicrobiólogo Ole Maaloe. Es entonces cuando deja a unlado sus estudios sobre virus bacterianos y empieza acentrar sus investigaciones en la estructura de los ácidosnucleicos y las proteínas.

Para Watson los dos años siguientes a su descubri-miento transcurrieron en el Instituto de Tecnología deCalifornia, donde colaboró con Alexander Rich en los es-tudios del RNA por difracción de rayos X. En 1956 trabajóde nuevo junto a Crick en Cavendish, visita que aprove-charon para publicar varios artículos sobre los principios

Fig. 26. James Watson.

Franklin, Wilkins, Watson y Crick

Cuando en 1951 Rosalind entra al laboratorio, Wilkins lle-vaba largo tiempo trabajando en el tema. En ese tiempose conocía la forma deshidratada de la molécula de ADN(forma A), la que no sugería una forma helicoidal. Wilkinshabía tomado la primera fotografía relativamente clara desu difracción cristalográfica.

Rosalind se concentró primero en interpretar los pa-trones de difracción. Las primeras imágenes obtenidasen Londres con el ADN deshidratado se conocieron enCambridge.

Watson y Crick comienzan a trabajar juntos y descu-brieron pronto su interés común por resolver la estructuraquímica de la molécula de ADN. Si bien era generalmenteaceptado que la información de la célula residía en losgenes, localizados en cromosomas, y que dichos genesestaban formados por proteínas y ADN, muchos científi-cos creían que la solución para comprender la base quí-mica de la genética se encontraba en esas proteínas.Pero el “dúo de Cambridge”, como los llama Robert Olbyintuía que la clave de la trasmisión de la informacióngenética de generación a generación residía en el ADN.

Por otra parte, Watson había tenido ocasión de asistira la clase que dio Rosalind Franklin en noviembre de 1951sobre el avance de sus investigaciones. Rápidamente,

junto a Francis Crick, se dio a la tarea de imaginar suestructura, y para ello trabajaron principalmente con mo-delos atómicos a escala. Este primer intento terminaríaen un fracaso rotundo. Watson y Crick invitaron a Frankliny Wilkins a Cambridge para darles a conocer su propues-ta. Esta consistía en un modelo helicoidal con tres cade-nas. Iones de Magnesio sostenían unidos los fosfatos yhacia la periferia las pentosas y las bases nitrogenadas.

Rosalind Franklin pulverizó sus argumentos. La can-tidad de agua en el modelo no correspondía al de susestudios de difracción. Los fosfatos y, por lo tanto, el“esqueleto” de la molécula tenía que estar en el exteriorde la misma. No existía en realidad ningún indicio con-sistente de que la estructura fuera helicoidal. El rumorllegó al jefe del laboratorio quien decidió prohibir a Watsony Crick que sus estudios en el ADN continuaran.

La astucia se impuso y James Watson se concentróen el estudio del virus del mosaico del tabaco. Este tieneotro ácido nucleico, el ARN como uno de sus constitu-yentes fundamentales. Dilucidar esta estructura le permi-tiría acercarse al ADN y de paso profundizar sus conoci-mientos en cristalografía.

Durante 1952 Rosalind Franklin repitió los estudioscristalográficos con diferentes grados de hidratación. Alhidratarse la molécula la difracción era completamente dis-tinta (forma B). Como se conoce actualmente, las fibras deADN se alejan entre ellas y toman su forma nativa.

A principios de 1953 Wilkins mostró a Watson una delas fotografías cristalográficas de Rosalind Franklin de lamolécula de ADN. Cuando Watson vio la foto la soluciónllegó a ser evidente para él y los resultados fueron publi-cados en un artículo en Nature casi inmediatamente.

Sin autorización de Rosalind, Wilkins mostró primerolas imágenes de la forma B (hidratada) a James Watson.Rosalind escribió un informe detallado sobre sus resulta-dos el que fue entregado a Watson y Crick.

Francis Crick había trabajado en descifrar las estruc-turas helicoidales de las proteínas en imágenes decristalografía y la imagen de una estructura helicoidal eralo que le evidenciaba el informe de Franklin.

generales de construcción de virus, era su último trabajojuntos. Tras esta visita sus caminos se separaban defi-nitivamente. A finales de 1956 Watson se incorporó a laUniversidad de Harvard y en 1968 era nombrado directordel Laboratorio de Biología Cuantitativa de Cold SpringHarbor, Nueva York. Watson escribió en 1968 la historiadel descubrimiento de la estructura del ADN en una obratitulada The Double Helix (La doble hélice). De 1988 a1992 ayudó a dirigir el proyecto Genoma Humano en losInstitutos Nacionales de la Salud, un proyecto cuyo ob-jetivo era cartografiar la secuencia completa del ADNhumano.

II. LA HERENCIA

Principales Premios Nobel relacionados con el descubrimientoy el desarrollo de la genética molecular

George W.Beadle, E. U.

1958

JoshuaLederberg,

E. U.1958

Edward L.Tatum, E. U.

1958

ArthurKornberg,

E. U.1959

SeveroOchoa, E. U.

1959

Francis HarryC. Crick,

G. B.1962

James D.Watson,

E. U.1962

Maurice H. F.Wilkins,

G. B.1962

FrançoiseJacob, Fr.

1965

AndréLwoff, Fr.

1965

JacquesMonod, Fr.

1965

Robert W.Holley, E. U.

1968

Har GobindKhorana,

E. U.1968

Marshall W.Nirenberg,

E. U.1968

MaxDelbrück,

E. U.1969

Alfred D.Hershey,

E. U.1969

Salvador E.Luria, E. U.

1969

WernerAlber, Suiza

1978

DanielNathans,

E. U.1978

Hamilton O.Smith, E. U.

1978

PaulBerg, E. U.

1980

WalterGilbert, E. U.

1980

FrederickSanger, G. B.

1980

BarbaraMcClintock,

E. U.1983

Kary B.Mullis, E. U.

1993

MichaelSmith,

Canadá1993

Introducción

Al observar todo lo que nos rodea y mirar detenidamenteel mundo vivo del que nosotros, los seres humanos, tam-bién formamos parte, encontramos, en primer lugar, unagran diversidad que se expresa en las diferentes formas,colores, tamaños, funciones, que poseemos los seres quehabitamos el mundo vivo. Por ejemplo, al observar las aves

puede apreciarse que las hay pequeñas, medianas, gran-des, voladoras, no voladoras, con plumajes de tonalida-des diferentes, opacos, brillantes, de picos curvos, cor-tos, largos. Es decir, una gama de diferentes caracteresque distinguen unas de otras. Al centrar la atención enlos lagartos, en solo uno de los múltiples géneros que seencuentra en nuestro país, el género Anolis, se puedenencontrar con diferentes patrones de combinación de co-lores verdes, carmelitas, azules, con tonalidades viole-tas; también varían en su tamaño, en su modo de vida y

tipo de alimentos que prefieren. Si la atención se concen-tra en las plantas, puede comprobarse que las hay conflores, sin flores; y las flores pueden ser de grandes opequeñas corolas, solas o unidas en pequeños gruposen un mismo tallo; y si dentro de las plantas se observanlos árboles, los hay robustos, leñosos, de hojas en for-mas distintas y caprichosas, de lanza, corazones (trébol)y también pueden encontrarse los helechos algunos pe-queños, otros grandes de hojas dentadas y otrosarborescentes altos y empinados.


En todas estas observaciones que se pueden realizardebe incorporarse el medio, que es donde esta diversidadse manifiesta, los diferentes tipos de tierra, las distintasalturas y grados de humedad, de salinidad, de ilumina-ción y de calor.

Enfóquese la atención al propio hombre y obsérvesetambién esta diversidad. Las personas tienen caracterís-ticas muy diferentes unas de otras, pelo negro, rubio,castaño, lacio, rizo; ojos azules, pardos, verdes, negros;narices puntiagudas, ñatas, respingonas; orejas grandes,pequeñas, altas, bajas; estaturas medianas, pequeñas ygrandes; labios gruesos, finos, y una combinación de to-das estas características que nos hace particularmentediferentes unos de otros. Así, si continua una observa-ción detenida se encontrará un sinnúmero de característi-cas o caracteres que son los que nos distinguen y sontambién, precisamente, la manifestación de lo diverso, dela diversidad del mundo vivo, es decir, lo que distingue alos seres vivos unos de otros.

Es aconsejable aclarar que estas observaciones es-tán relacionadas con el mundo vivo, pero hasta ahora he-mos hablado de aquel que observamos a simple vista, esdecir, el macromundo. Existe un mundo que no puedeobservarse a simple vista, este es fabuloso y muy nume-roso, está constituido por los microorganismos, que sonorganismos muy pequeños que sólo se agrupan por supequeño tamaño y que muestran una gran gama de ta-maños, funciones y hábitats muy diversos. El mundo delos microorganismos o mundo microbiano es el mundode los organismos vivos de mayor diversidad.

Tanto para el macromundo como para el micromundo,es decir, para todos los que forman parte de mundo vivo,existe no obstante una extraordinaria unidad que es laque permite agruparlos como organismos vivos. Esta uni-dad se basa, en primer lugar, en el atributo de vivo. Perte-necer al mundo vivo es poseer los atributos de la vida.

Los seres vivos nacen, crecen, se reproducen y mue-ren en su ciclo de vida, y esto se cumple aunque sea esteciclo de vida de diferente duración. Este ciclo transcurreen intercambio constante con su ambiente, incluyendoen el término de ambiente los demás seres vivos que lerodean y los elementos no vivos del sistema, ejemplo latierra, el agua, el aire.

Este fenómeno es el primero que se abordará antesde desarrollar el tema central, para entender el objeto deestudio, que son los seres vivos, pues en ellos se danprecisamente los fenómenos que se pretenden explicar.

Se ha arribado entonces a una conclusión parcial: To-dos los seres vivos presentan una unidad es la caracte-rística común de ser vivo y a la vez son extraordinaria-mente diversos.

Diversidad y unidad del mundo vivo

Los seres vivos son distintos, pero se parecen en muchascaracterísticas que les dan una unidad, un denominadorcomún que hace concebir como un todo al mundo vivo.

Hasta aquí se han visto dos regularidades de los se-res vivos: Todos cumplen un ciclo de vida y realizan lasfunciones propias en cada una de las etapas de este ci-clo y todos intercambian con el medio ambiente y con losotros seres vivos que les rodean, y además con el mundono vivo que también está presente en la naturaleza.

Si se profundiza aún más en la observación y se llegaal nivel microscópico, sorprenderá descubrir que todos losseres vivos están formados por pequeñas unidades que serepiten. Nuestros cuerpos, independientemente de la for-ma y la complejidad que tengan, están formados por unaspequeñas unidades o celdas denominadas células. Estasunidades o estructuras no se pueden ver a simple vista yrequieren del auxilio de un instrumento denominado mi-croscopio. Estas estructuras definidas como células cons-tituyen el cuerpo de todos los seres vivos. Por esto se diceque todos los seres vivos están formados por células. Aeste postulado se le conoce como Teoría Celular.

Esta afirmación que hoy resulta tan familiar fue enun-ciada por primera vez en 1665 por un científico inglés lla-mado Robert Hooke.

En 1839 ocurrieron dos hechos sobresalientes para eldesarrollo de la teoría celular. Purkinje (en la ciudad deBohemia) llamó «protoplasma» al contenido de la célulaviva, y los alemanes Schleiden y Schwann presentaron laidea de que todos los seres vivos están formados por cé-lulas. Estos hechos constituyen el nacimiento de lo quemás tarde habría de llamarse «teoría celular», en la quese define por primera vez que la célula es la unidad funda-mental de todos los seres vivos.

Esta teoría que se ha seguido desarrollando planteapostulados que pueden resumirse en las siguientes afir-maciones:

••••• Todos los animales y vegetales están constituidos porcélulas.

••••• La célula es la unidad básica de estructura y funciónen un organismo vivo.

••••• La vida del organismo depende del funcionamiento ycontrol de todas sus células.

••••• La división celular produce células hijas idénticas alas que le dieron origen.

La palabra célula viene del latín céllula, este es el nom-bre que los romanos daban a la celdilla de los panales delas abejas y avispas. Por tanto, si se quisiera traducirliteralmente la palabra latina céllula, su traducción seríaceldilla.

En 1665 el científico Robert Hooke, observando condistintas lentes descubrió en un corte finísimo de la plan-ta de corcho, una estructura parecida a la del panal de lasabejas y la llamó células debido a la geometría que ob-servaba. Estos compartimientos en el corcho estabanvacíos porque las células se habían desintegrado. Des-pués de un tiempo de estudio de diferentes organismos éldescribió estas células en tejidos de plantas, los que seencontraban llenos de fluidos. Aún más, especuló quepodrían existir pequeñas conexiones entre las células,muy pequeñas para ser visibles, lo que hoy se sabe quees totalmente cierto.

Fig. 27. Microscopio ideado por Hooke (A) y dibujo originalsobre la estructura del corcho (B).

Las observaciones de Hooke fueron conocidas por elmundo científico en 1665 con la publicación de su libroMicrographia. Para su trabajo Hooke ideó un microscopiocompuesto por unas lentes de aumento y un sistema deiluminación, con el que observaba insectos muy peque-ños parásitos del hombre y diferentes tejidos vegetales.

En 1668 el comerciante holandés Antonie van Leeu-wenhoek adquiere una copia del libro de Hooke e inspiradoen las ilustraciones comienza a trabajar incansablementeen el perfeccionamiento del sistema de lentes o sistemaóptico del microscopio. Se conoce que hizo en su vidaalrededor de 500 microscopios que incluyeron diferen-tes diseños, según se puede constatar por los que hanllegado hasta nuestros días.

Este comerciante comenzó a observar todo lo que lerodeaba, y así descubrió en el agua de un estanque orga-nismos que no podían ser observados a simple vista y queél llamó animáculos. Estos organismos estaban formadospor una sola célula. También describió más tardes las bac-terias, pero más nadie durante los dos siglos siguientesinformó de la existencia de estos organismos (bacterias).

Gracias al desarrollo acelerado de los microscopioscomenzó una observación detallada de los seres vivos ycon ello el desarrollo de la teoría celular. El concepto decélula se fue estructurando hasta llegar al concepto actual.

Los organismos están formados por diferente númerode células. Los hay unicelulares cuyo cuerpo es una solacélula que realiza todas las funciones biológicas y que sedenominan microorganismos, y los hay pluricelulares quecontienen millones de células que constituyen el cuerpode ese organismo.

Hay muchos tipos de células y de diversas formas,tamaños y funciones en un organismo pluricelular con di-ferente complejidad y grado de diferenciación. Pueden en-contrarse organismos formados por pocas células espe-cializadas y otros formados por billones de células quese agrupan en tejidos cada uno con diferentes funciones.

Todas las células que forman los tejidos y los órganostanto en los animales, las plantas, los hongos y en otrosorganismos microscópicos, como los protozoos, tienenuna alta organización de su estructura interna.

¿Cómo son las células?

La parte externa, una membrana plasmática, es la quelimita la célula del medio que la rodea. Todo el interior dela célula se denomina protoplasma y contiene el citoplas-ma y el núcleo.

En las células más complejas otras reacciones queposibilitan su funcionamiento se localizan de forma precisaen pequeños compartimentos limitados por membrana lla-mados organelos. Cada organelo (peroxisomas, lisoso-mas, endosomas, retículo endoplasmático, mitocondrias,aparato de Golgi, vesículas secretoras) de la célula tieneuna función específica.

Todos los organelos están anclados a finos túbulos deproteínas que conforman el citoesqueleto y que permite

que cada organelo pueda moverse de formaorganizada en diferentes momentos del ciclocelular.

El núcleo, que luego se verá con más de-talles, guarda la sustancia que garantiza lainformación hereditaria. Todas estas estruc-turas son comunes en las células animales yvegetales.

Las células vegetales tienen, además delo aquí descrito, una pared celular externa ala membrana plasmática que mantiene la for-ma de la célula y le confiere rigidez al vegetal.Los cloroplastos son organelos específicos de

las plantas y es donde se encuentra la clorofila, un pig-mento que da a las plantas su color verde y les permitecaptar la luz que necesitan para fabricar su alimento. Estascélulas también poseen vacuolas con aguas, sustanciasde reserva y sales minerales.

A este tipo de células (animal y vegetal) con una es-tructura tan compartimentada se le llama célula eucariota,y como ya se dijo es típica de los tejidos de animales,plantas, hongos, el hombre y algunos organismos unice-lulares como levaduras y protozoos.

La palabra eucariota viene del griego eu que se tradu-ce como verdadero y karyon que significa núcleo, si setraduce literalmente significa células con núcleo verdade-ro, es decir, núcleo delimitado por una membrana.

También existe otro tipo de célula más simple en cuan-to a su estructura. La célula procariota. Este tipo decélula no tiene núcleo definido, ni organelos en su cito-plasma. La palabra procariota es también derivada delgriego pro que significa “antes, previo” y karyon que sig-nifica núcleo. La célula procariota es más simple y sur-gió en la evolución primero que la eucariota. Las bacte-rias son los organismos vivos que primero poblaron latierra y son los únicos que presentan este tipo de célu-las. En la célula procariota la sustancia que garantiza lainformación hereditaria se encuentra en el citoplasma.

Si nos basamos en la organización de las estructurascelulares, todos las células vivientes pueden ser clasifi-cadas en dos grandes grupos: procariotas y eucariotas.

La célula es la unidad estructural, fisiológicay genética de los seres vivos, dotada de vidapropia.


Animales, plantas, hongos, protozoos y algas, poseentodos células de tipo eucariota y las bacterias (eubacteriasy archaebacterias) tienen células de tipo procariota.

La estructura que primero se logró observar dentro delas células animales y vegetales fue el núcleo. Esta es-tructura está rodeada por una doble membrana, y lainteracción con el resto de la célula, es decir, con el cito-plasma, tiene lugar a través de unos orificios llamadosporos nucleares.

Fig. 28. Esquema de la célula bacteriana.

Dentro del núcleo se encuentran unos cuerpos fila-mentosos que se tiñen intensamente con colorantes espe-cíficos, son los cromosomas (cromo=color y soma=cuerpo)y una región especial llamada nucleolo.

Los cromosomas están muy enrollados y enmaraña-dos, y es difícil identificarlos por separado al observar unacélula. Pero justo antes de que la célula se divida paradar lugar a dos células hijas, estos se condensan y ad-quieren grosor suficiente para ser detectados como es-tructuras independientes. Los cromosomas están forma-dos por una sustancia llamada ácido desoxirribonucleico(ADN) y proteínas.

El número de cromosomas de una especie es siem-pre el mismo. Por ejemplo, el hombre (Homo sapiens)posee en sus células 46 cromosomas (23 pares) y la mos-ca de las frutas (Drosophila malanogaster) tiene 8 cromo-somas (4 pares).

Fig. 29. Esquema de la célula eucariata que forma los tejidosanimales.

Las células somáticas y germinales

El estudio de los tejidos de animales y plantas evidencióque todas las células que conforman los organismospluricelulares no son iguales respecto a la forma caracte-rística de cada una y a la función que realizan. Por ejem-plo, en un organismo existen células hepáticas, nervio-sas, epiteliales, entre otras. Además, las células de unser vivo poseen un número de cromosomas determinado(el número cromosómico de la especie) y son denomina-das células somáticas porque forman el soma o cuerpodel organismo.

No obstante, existe un tipo de células denominadascélulas germinales que poseen la mitad del número decromosomas de las células somáticas, estas célulasgerminales son los gametos o células sexuales que cuandose unen constituyen un nuevo ser con el númerocromosómico de la especie. Por ejemplo, el hombre con46 cromosomas (23 pares) en sus células somáticas,posee 23 cromosomas (no apareados) en sus célulasgerminales. Cuando se unen el espermatozoide de 23cromosomas más el óvulo de 23 cromosomas se formaun cigoto de 46 cromosomas (la primera célula somáticadel individuo) a partir del cual se forma el nuevo ser.

Las células somáticas se dividen por un mecanismoque se le llama mitosis que genera dos células igualescon el mismo número de cromosomas de la célula que ledio origen.

Las células germinales (óvulos y espermatozoides) queintervienen en la reproducción sólo poseen la mitad de loscromosomas que caracteriza la especie, lo cual ocurre através de otra forma de división celular que se denominameiosis. De estos dos procesos se hablará más adelante.

Llegar a definir que todos los seres vivos están com-puestos por células permitió a los biólogos comprenderla unidad del mundo vivo y dio surgimiento a la teoría ce-lular, basada en que todos los organismos poseen la mis-ma unidad básica: la célula.

Desde entonces la teoría celular se ha ido desarrollan-do y expandiendo, para dar una explicación lógica sobrecómo pueden haber evolucionado los organismos multi-celulares a partir de formas unicelulares.

¿Qué es la Herencia?

Obsérvese de nuevo detenidamente el mundo vivo tan di-verso que te rodea y podrá descubrirse otra regularidad.Dicha regularidad está presente en todos los seres vivos,ya sea en las plantas y los animales incluido el propiohombre.

Todos los hijos muestran características de ambospadres, es decir de sus progenitores. Por ejemplo, enuna familia numerosa se puede apreciar que hay hijosque se parecen más a la madre, otros más al padre, otroscombinan rasgos de ambos y unos son más parecidos alos abuelos. Se ha escuchado comentar “la niña tiene losojos y el pelo del papá, la nariz y la boca de la mamá,pero la forma de la oreja no es de ninguno de los dos”.Pero los hijos no son exactamente iguales a sus padres,sino que muestran características de sus padres y suscaracterísticas propias. Esto es también otra regularidad.

La Herencia es el fenómeno mediante el cuallas características de los padres se trasmitena los hijos.

Los caracteres o características pasan de padres ahijos, de forma que en los hijos estas características seperpetúan, se mantienen, se establecen como propias ytambién surgen otras nuevas.

Tómese un ejemplo cotidiano y familiar para poder en-tender este concepto. Para hablar de herencia tenemosque partir de que existan progenitores, parentales o pa-dres, que se crucen o apareen y den origen a una des-cendencia determinada (que son los hijos) en la que se vaa mostrar este fenómeno. La reproducción es la capaci-dad de los seres vivos de tener descendencia.

La capacidad de reproducirse es una característicaque distingue a todos los seres vivos y resulta imprescin-dible para asegurar la continuidad de la especie. En mu-chos animales y plantas la reproducción es similar a lade los seres humanos, los que se reproducen sexualmentemediante la relación de dos individuos de distintos sexos.En otros casos pueden existir ambos sexos en un mismoindividuo, como es el caso de las babosas, los caracolesy en los organismos más simples como son las bacte-rias, en estos la reproducción ocurre por división de lacélula madre dando lugar a dos células hijas cuando lascondiciones del medio en que viven son favorables.

La fecundación es la unión de las células germinales,o sea de una célula femenina (óvulo) y una célula mascu-lina (espermatozoide). Al igual que la reproducción, la fe-cundación tiene diferencias entre las especies. Sin em-bargo, el proceso en general garantiza la unión de lascélulas sexuales y la formación de un nuevo ser. Esto esválido para plantas, animales y el hombre que poseenreproducción sexual.

Las células germinales de los padres se fusionan paraformar el huevo o cigoto. El huevo o cigoto formado poseeel número de cromosomas típico de la especie, y por tan-to toda la información genética necesaria para garantizarque los hijos tengan las características de ambos pa-rentales.

Véase que sucede en un cruzamiento entre dos perrosde la raza Dálmata. El número cromosómico de esta espe-cie (Canis familiaris) es de 78 cromosomas (39 pares).

Fig. 30. Fecundación de un óvulo.

Características generales de los perrosDálmatas

••••• Blanco por completo al nacer, en pocas semanas apa-recen manchas negras o rojo oscuras.

••••• También se conoce como «perro de posta» porqueera utilizado para preceder o seguir a coches de ca-ballos, carruajes y vehículos similares.

••••• Es muy parecido a un antiguo perro de posta llamadotalbot.

••••• Su pelaje es blanco con manchas redondas negras ocastañas.

••••• Tiene un cráneo plano, ancho entre las orejas, ojosredondos y brillantes.

••••• Orejas delgadas y de textura fina que lleva pegadas ala cabeza.

••••• Pecho amplio y una cola que se estrecha en su partefinal y se curva ligeramente hacia arriba.

••••• El perro mide entre 48 y 58 cm a la cruz y pesa de 25a 30 kg.

••••• Es un buen perro guardián, así como de caza y com-pañía.

Fig. 31. En una progenie de perros dálmatas se observan ca-racterísticas de los padres y otras propias de cada individuo.


Un parental será de pelaje blanco y manchas oscu-ras, y el otro parental será de pelaje blanco y manchascastañas.

Revísense también los progenitores respecto a otrascaracterísticas como talla, tamaño, complexión, grosorde la cola, posición y textura de las orejas, entre otras.Puede observarse en cada padre que estos caracterespueden ser similares o no. Sin embargo, en este cruza-miento se tendrá en cuenta solo el patrón de las man-chas y el color. A los hijos del cruzamiento se les definecomo descendencia o progenie porque provienen de losprogenitores.

En la progenie de este cruzamiento se pondrá de ma-nifiesto el fenómeno que se está estudiando. Entre losdescendientes se encuentran perritos con todas las ca-racterísticas que ya se conocen de los perros Dálmatasparentales. Pero si se observan detenidamente puededetectarse que algunos no son exactamente iguales asus progenitores, sino que presentan características pro-pias. Observe esta regularidad.

Dos caracteres definidos son los relacionados con: a)el patrón de distribución de las manchas y b) su color.Pueden hallarse individuos con manchas castañas, otrosllenos de manchas negras y alguna aislada castañas, otroscon manchas aisladas, algunos con una sola mancha enla cabeza, o en la cola y así puede dibujarse toda unaserie de manifestaciones de las características de los pro-genitores en la descendencia respecto al patrón o distri-bución y al color de las manchas. Todas las combinacio-nes posibles podrán ser observadas en la progenie, loque dependerá del número de individuos o hijos que seanalicen. En este cruzamiento y en los hijos o progeniedel mismo, se muestra el fenómeno de la herencia que sedesea explicar.

En la herencia los padres trasmiten a sus hijos (des-cendencia o progenie) las características que ellos poseeny los hijos heredan estas características. Además, en loshijos estas características se han expresado y tambiénse han combinado, originando sus propias combinacio-nes que caracterizan a estos nuevos individuos y los hacediferentes en muchos de ellos a sus progenitores.

Actualmente se conoce qué molécula biológica es laresponsable de la herencia y cuáles son las leyes quegobiernan su trasmisión. Sin embargo, fueron necesariosmás de 100 años de trabajo investigativo para alcanzarestos conocimientos.

A continuación se explicarán algunos de los trabajosque representaron aportes significativos al conocimientode las unidades básicas de la herencia, a las que actual-mente se les denomina genes.

La especie humana estuvo siempre interesada en lascuestiones relacionadas con la herencia. Los pueblos pri-mitivos mejoraban los cultivos y los animales domésticosrealizando cruzamientos a partir de la selección de losindividuos con las mejores características. Sin embargo,hasta los trabajos realizados por Johann Gregorio Mendela mediados del siglo XIX, no se comprendieron los ele-mentos básicos de la herencia.

¿Quién fue Johann Gregorio Mendel?

Johann Mendel (1822-1884)nació el 22 de julio de 1822 enel seno de una familia campe-sina. Fue nombrado Gregorioal ordenarse monje agustinodel monasterio de Brünn enAustria, región que actualmen-te se encuentra en la Repúbli-ca Checa.

Mendel fue profesor su-plente en la Escuela Superiorde Znaim, con excelente acep-tación entre la población es-tudiantil. En 1851 ingresó a la

Universidad de Viena, en donde estudió Historia, Botáni-ca, Física, Química y Matemáticas. En esta etapa de suvida estudió la herencia en las abejas y coleccionó reinasde varias razas, con las que realizaba distintos cruces.

Mendel dio pruebas de las cualidades que caracterizana los grandes científicos por su perseverancia y entregaal trabajo.

En 1857 comenzó a estudiar las diferencias que exis-tían entre las variedades de guisantes (chícharos) comer-cializadas por los vendedores de semillas. Sus principa-les experimentos los llevó a cabo sobre más de 28 000plantas y realizó cruzamientos empleando estos diferen-tes tipos de guisantes durante 7 años.

En la primavera de 1865 presentó los resultados desus trabajos en dos reuniones de la Sociedad de HistoriaNatural de Brünn. En 1866 publicó su lección sobre laregularidad matemática de los fenómenos de la herencia.Este trabajo fue publicado con el nombre de Investigacio-nes sobre híbridos vegetales. También aparecieron susresultados en los Anales de la Sociedad de Historia Natu-ral de Brünn en este mismo año y se distribuyeron a lasbibliotecas de Europa y América.

Puede afirmarse que ninguno de los que escucharonel trabajo de Mendel, ni de quienes lo leyeron en el sigloXIX, supieron apreciar su significado, pues fue olvidadohasta 1900, año en que fue redescubierto casi simultá-neamente por tres investigadores de países diferentes queobtuvieron resultados similares a los de Mendel. Estostres científicos, De Vries en Holanda, Correns en Alema-nia y Tschermak en Austria, encontraron el olvidado tra-bajo de Mendel y proclamaron su importancia, lo que cons-tituyó un acto de honestidad científica y una muestra delos elevados principios éticos de estos investigadores.

A partir de este redescubrimiento del trabajo de Mendel,sus conclusiones comenzaron a ser confirmadas y am-pliadas mediante experimentos llevados a cabo en variaspartes del mundo con muchas especies de animales yplantas, y también por observaciones en humanos.

En los últimos años de su vida, Mendel reanudó susexperimentos con otras plantas y con abejas y realizó ob-servaciones meteorológicas, pero poco a poco fue dedican-do más tiempo a la administración del monasterio, del cualllegó a ser abad en 1868. Murió en 1884, mucho antes quesu trabajo científico ocupara el lugar que le corresponde.

Fig. 32. Johann G. Mendel.

¿En qué consisten los trabajos de Mendel?

Previo a los trabajos de Mendel muchos investigadorestrabajaban en el cruzamiento de plantas y en el estudiode las combinaciones que obtenían en la descendencia.A estos botánicos se les llamó hibridizadores, porquecombinaban características de dos individuos para obte-ner una progenie que se llamó híbrida. En general, nollegaron a interpretar correctamente sus experimentosporque analizaban en la descendencia obtenida todas lascaracterísticas de la planta a la vez.

Mendel, sin embargo, enfocó de una forma distinta susexperimentos. Él limitó su atención a un grupo de carac-terísticas específicas, seleccionadas previamente y fáci-les de detectar, y siguió el comportamiento de estos ca-racteres en la descendencia analizándolos primero inde-pendientemente y después combinándolos. Para facilitarsu estudio él escogía un solo carácter cada vez. Por ejem-plo cruzaba plantas de semillas de color diferentes peroque sus flores, sus vainas y el tamaño de las plantasfueran caracteres iguales; de esta forma siempre en loshijos analizaba un solo carácter que variaba (en el ejem-plo el color de las semillas).

En el jardín del monasterio por siete años desarrollóun gran número de experimentos de cruzamiento entreplantas de guisantes, Pisum sativum L., conocidas enCuba como chícharos. En estos cruzamientos centró suatención en caracteres de las plantas que resultaban es-tables, tales como: el color de las semillas, el tamaño delas plantas, el color o aspecto de la vaina, y así hasta elnúmero de siete caracteres diferentes que se mostrabanen sus formas alternativas; es decir, semilla verde y semi-lla amarilla, tallo largo y tallo corto, semilla rugosa y se-milla lisa, y así sucesivamente.

Mendel seleccionó adecuadamente el material bioló-gico con el que trabajó y esto contribuyó al éxito de sutrabajo. El guisante resultó ser un objeto muy bueno paraestos experimentos de hibridación.

Tabla 3. Los siete caracteres que estudió Mendel

Fig. 33. Caracteres escogidos por Mendel en la planta deguisantes para sus experimentos.

Sus flores están constituidas de manera que normal-mente el polen (células sexuales masculinas) de una florcae sobre su propio estigma hasta el óvulo (células sexua-les femeninas), produciendo así la fecundación. Algunasde estas características seleccionadas fueron:

••••• Plantas que se autofecundan, este es un procesonatural que se produce en estas plantas que llevanlos órganos femeninos y masculinos en la misma flor.

••••• De fácil cultivo.••••• De ciclo de vida corto.••••• Características con solo dos alternativas de existen-

cia. Por ejemplo, el color de las flores en el guisantesolo pueden ser flores rojas o blancas.

••••• Caracteres fácilmente reconocibles como el color delas semillas o su aspecto, el color y forma de las vai-nas o el tamaño de los tallos.

Fig. 34. Flor en la que se pueden apreciar los órganosreproductivos femenino y masculino.

¿Cómo realizó Mendel sus experimentos?

Mendel abrió el capullo de una flor para quitar los estam-bres (órganos del aparato reproductor masculino de la plan-ta que contienen los granos de polen) antes de que sehubiera producido la autofecundación. Procedió a colocar


sobre el estigma (órgano del aparato reproductor femeni-no de la planta que conduce a través del estilo al ovario)de esta flor “castrada” el polen de la planta que deseabaemplear como progenitor en el cruce luego protegió lasflores fecundadas artificialmente de la contaminación porotro polen de origen desconocido, impidiendo el accesode insectos a ella. Después de la fecundación artificialobtuvo las semillas de estas plantas, las sembró y logróla primera generación o primeros hijos de este cruzamientoque llamó F1 o primera generación filial.

¿Qué observó Mendel en todos estoscruzamientos?

Cuando deseó observar la segunda generación filial o F2,es decir la descendencia obtenida del cruzamiento de lasF1, solo tuvo que permitir que las flores se autofecundarannaturalmente, obtener las semillas, sembrarlas y lograr lasegunda generación filial o F2.

A continuación se analizarán de forma detallada los cru-zamientos realizados por Mendel, pero antes debeenfatizarse que los caracteres estudiados por él eran paraMendel solo eso, “caracteres visibles”, pero los elemen-tos reales que en la célula definen estos caracteres eranen aquel momento totalmente desconocidos.

Mendel centra su atención en las características delos individuos o fenotipos, es decir, en los caracteres quemuestra la planta, por ejemplo: fenotipo liso, fenotipo ru-goso, fenotipo alto, fenotipo bajo. Hoy se conoce que eltérmino fenotipo no se refiere solo al conjunto de caracte-rísticas externas de un individuo, sino que es la expresiónde la constitución genética de ese individuo y comprendetanto los aspectos morfológicos o caracteres analizadospor Mendel, así como los fisiológicos y conductuales.

Por otra parte, Mendel se preguntó qué pasaría si secruzaban plantas de caracteres diferentes, o sea, cómoserían los hijos (progenie) de una planta de semillas ama-rillas con una planta de semillas verdes. Es decir, cómose combinarían estos caracteres en la progenie. Observóque en la F1 uno de los caracteres alternativos aparente-mente desaparecía y toda la progenie mostraba un solocarácter. Sin embargo, en la F2 este carácter reaparecíalo que indicaba que no se había perdido. Mendel además,cuantificó este fenómeno y pudo determinar las propor-ciones numéricas en que aparecían estos caracteres.

Análisis de un cruzamiento

Plantas de semillas amarillasX

Plantas de semillas verdes

Estas plantas se denominan parentales (P) porque sonlos padres del cruzamiento. Los hijos de este cruzamien-to o progenie constituyen la primera generación filial o dehíbridos (F1) porque son la combinación de las caracte-rísticas de ambos padres. Esta F1 dio todas las plantasde semillas amarillas.

Seguidamente cruzó dos de estas plantitas F1 de se-millas amarillas que son ahora los parentales F1 del se-gundo cruzamiento (F1 x F1). Estas plantas obtenidasdel cruzamiento de dos F1 son la segunda generaciónhíbrida (F2), o para entenderlo mejor los nietos de losprimeros parentales. En la F2 obtuvo plantas de semillasamarillas y plantas de semillas verdes, y además obtuvouna mayor proporción de semillas amarillas que de semi-

llas verde, esta proporción resultó ser fija, es decir, tresveces más plantas de semillas amarillas que de semillasverdes.

Los resultados obtenidos por Mendel fueron muy inte-resantes. Al observar el resultado del primer cruzamientotodos los hijos tenían semillas amarillas. Recuérdese queun parental tenía semillas verdes y otro semillas amari-llas. Sin embargo, en la F2 habían crecido plantas consemillas amarillas y otras con semillas verdes. Esto in-dicaba que el carácter “ausente” (color verde) en la F1no se perdía, sino que permanecía oculto y reaparecíaen la F2.

En la siguiente tabla se muestran los caracteres estu-diados, los cruzamientos realizados y las proporcionesnuméricas obtenidas.

Tabla 4. Caracteres estudiados, cruzamientos realizados yproporciones obtenidas por Mendel

Como se puede observar Mendel comprobó que de lasdos alternativas que existían para cada carácter (semi-llas amarillas o semillas verdes), en la F1 sólo aparecíauna de ellas (semillas amarillas). Sin embargo, en la F2reaparecía el carácter verde y siempre mantenía una rela-ción de tres plantas del carácter semillas amarillas poruna sola del carácter semilla verde que reaparecía en estaprogenie. Cuando un carácter se manifestaba él solo enla F1 Mendel lo llamó carácter dominante, y al que per-manecía sin expresarse en la F1 y reaparecía en la F2 lollamó carácter recesivo. En la tabla anterior se observanlos caracteres dominantes en la columna de F1 y losrecesivos en la columna F2, que son los que aparecen enmenor proporción.

Entonces, se entiende como dominancia el fenóme-no por el cual un carácter se manifiesta él solo aunqueestén los dos caracteres alternativos presentes en el indi-viduo. En el ejemplo el carácter semilla amarilla coexistecon el carácter semilla verde, pero se expresa semillaamarilla. Los dos alelos son desiguales A semilla amari-lla y a semilla verde. El individuo es Aa, pero presentasemillas amarillas.

El fenómeno de la recesividad ocurre cuando un ca-rácter no se expresa a pesar de estar presente en el indi-viduo, y solo lo hace cuando los dos alelos recesivos es-tán en el mismo individuo. Los dos alelos son iguales asemilla verde y a semilla verde. El individuo es aa y pre-senta semillas verdes.

Mendel no conocía el concepto de gen, él desarrollósu trabajo, dado a conocer en 1865, basado en caracte-res y factores. No fue hasta 1909 en que WilhelmJohannsen definió el término gen para describir los facto-res o caracteres de la herencia, y también los términosgenotipo para describir la constitución de genes de unorganismo y fenotipo para describir los caracteres gene-rales del organismo como tal, términos que se utilizan enla actualidad.

Hoy se sabe que estos factores de Mendel son losgenes y que ellos pueden existir en distintas formas alter-nativas o alelos. Los alelos son las formas alternativas deun gen. Por ejemplo, el alelo para semilla amarilla tienesu forma alternativa que es el alelo para semilla verde.

Mendel encontró que la proporción en que se encon-traban las plantas que él llamó dominantes era tres vecesmayor que la de las plantas recesivas. Cuando él contabalas plantas observaba que ¾ eran del carácter dominantey sólo ¼ de plantas tenían el carácter recesivo. Así esta-bleció que se cumplían leyes para la trasmisión de loscaracteres.

A las proporciones obtenidas se les conoce en laactualidad como proporciones fenotípicas y lo más inte-resante, como se puede ver en la última columna de latabla, es que esto se cumplió siempre para todos loscaracteres que estudió.

A los individuos que se obtienen en la F1 Mendel lesdenominó híbridos ya que poseen dos caracteres, facto-res o alelos diferentes (Aa), cada uno proveniente de cadapadre. Como en estos cruzamientos se analiza un solocarácter, Mendel lo llamó cruzamiento monohíbrido elcarácter que se analiza es el color de la semilla que pue-de ser amarilla o verde.

Fig. 35. Parentales de un cruzamiento monohíbrido que solodifieren en el color de las semillas.

Resulta importante definir que los individuos cuandollevan los dos factores (uno de cada parental) iguales seles denomina homocigóticos (de homo que quiere decirigual). Ejemplo: individuo AA y también individuo aa.

Sin embargo, se han observado otros individuos enque los factores que se combinan en el híbrido, uno decada padre no son iguales y se les denomina hetero-cigóticos (de hetero que quiere decir diferentes). Ejemploindividuos Aa. Esto Mendel lo representó con letras de lasiguiente manera:

Cruce 1: Parental AA semilla amarilla pura y parentalaa semilla verde pura.

En este mismo tipo de experimento monohíbridoMendel realizó un segundo cruce, donde los parentalesson la F1 del primer cruzamiento. En este caso ambosparentales son Aa y de semilla amarilla, sin embargo enla descendencia se obtienen plantas con semillas amari-llas y plantas con semillas verdes, por lo que reaparece elcarácter semilla verde. Mendel interpretó que el caráctersemilla verde era de alguna forma portado o llevado porlos parentales, y en los nuevos híbridos obtenidos reapa-recía en una combinación específica.

Esto Mendel lo representó con letras de la siguientemanera:

Cruce 2: Parental Aa semilla amarilla y Aa semillaamarilla.


A partir de estos resultados enunció su Primera Leyo Ley de la Segregación, planteando que los factores,hoy sabemos alelos de un gen para un carácter dado,se separan o segregan independientemente para formarlos gametos. A cada gameto (óvulo o polen en este caso)siempre irá un solo alelo del par existente y nunca ambos.

Fig. 36. Progenie de un cruzamiento monohíbrido (F1).

Fig. 37. Formación de gametos.

Nunca en un gameto irán los dos alelos Aa.Mendel describió esta ley textualmente así:

La ley de combinación de diferentes caracte-res, que gobierna el desarrollo de los híbridos,encuentra por tanto su explicación en el princi-pio enunciado, que los híbridos producen óvulosy polen que en números iguales, representantodas las formas constantes que resultan dela combinación de los caracteres, puestos jun-tos en la fertilización.

En el cruzamiento monohíbrido Mendel observó unaproporción fenotípica de 3:1, es decir 3 individuos de se-millas amarillas por cada individuo de semilla verde. Sinembargo, la proporción genotípica es decir la aparición delos alelos en los gametos es diferente de la proporciónfenotípica, o sea, del carácter observable y resultó de 1:2: 1, entonces resultaron un individuo AA, dos Aa y unoaa. Véase en un esquema esta afirmación:

Fig. 38. Cruzamiento monohíbrido: Carácter color de la se-milla.

En sus trabajos Mendel también consideró los resul-tados del cruzamiento entre progenitores que poseían doscaracteres diferentes. Por ejemplo, carácter de color dela semilla y carácter de forma de la semilla. El color de lasemilla es amarillo o verde y la forma de la semilla es lisao rugosa.

En este caso, al igual que en los primeros cruzamien-tos, analizó los resultados de la F1 y de la F2.

Fig. 39. Cruzamiento monohíbrido. Carácter color de la se-milla.

Fig. 40. Cruzamiento dihíbrido.

Esto Mendel lo representó con letras de la siguientemanera:

Cruce 1: Parental AABB semilla amarilla y lisa (pura)y parental aabb semilla verde y rugosa (pura).

Fig. 41. Cruzamiento dihíbrido. Carácter color de la semilla(A), Carácter forma de la semilla (B), Progenie F1.

Cruce 2: Parental Aa Bb semilla amarilla lisa y Aa Bbsemilla amarilla lisa.

En el cuadro se representan los gametos producidospor cada parental y el resultado del cruzamiento, es de-cir, de la fusión o unión de estos gametos en la fecunda-ción (autofecundación).

Fig. 42. Cruzamiento dihíbrido. Progenie F2.

El resumen de estos experimentos donde se combi-nan dos caracteres distintos, la forma y el color de lassemillas se muestra en la tabla siguiente:

Tabla 5. Comportamiento de la herencia de los caracteresen la primera (F1) y la segunda generación filial (F2)

La proporción fenotípica que encontró en la F2 fue de9:3:3:1 y se cumplía para todas las combinaciones dos ados que probó. Los resultados son debidos a que cadapar de factores (genes) se comporta independientemen-te, o sea, que la presencia de un par de genes no afectala trasmisión de otro par de genes y por lo tanto no seafecta el cumplimiento de la Primera Ley de Mendel. Aeste cruzamiento Mendel lo denominó cruzamientodihíbrido, ya que en la F1 se origina un híbrido indepen-diente para cada carácter.

En este momento Mendel postuló la Segunda Ley oLey de la Trasmisión Independiente que dice:

“los miembros de diferentes pares de factores(genes diferentes) se trasmiten o segregan deforma independiente”.

Esta Segunda Ley es resultado o consecuencia de laPrimera Ley, en este caso teniendo en cuenta más de uncarácter. A diferencia de la primera ley esta no se cumpleen todos los casos, pues cuando los genes se encuen-tran muy próximo en un mismo cromosoma (se dice quevan ligados) pueden segregar juntos y alterarse las pro-porciones obtenidas.

Mendel fue la primera persona que concibió la idea dela existencia de unidades de la herencia, llamadas por élfactores (caracteres hoy conocidos como genes), y aun-que en su tiempo no se conocía nada de la naturalezafísica y química de estos factores, sus trabajos sentaronlas bases para el desarrollo de nuestro conocimiento ac-tual de la herencia y con ello el nacimiento de una nuevaciencia: La Genética.

¿Qué es la Genética?

La Genética es la ciencia que estudia la Herencia, esdecir, la trasmisión de caracteres o características depadres a hijos y estudia además el origen de nuevas ca-racterísticas en los hijos o progenie. Es una rama de lasCiencias Biológicas que estudia los individuos en su di-versidad y a la vez lo hace a partir de la unidad del mundovivo. Estudia la variación de esos individuos y explica elorigen de esta variación y como la variación entre los indi-viduos dependerá en última instancia de su informacióngenética, entonces puede decirse que:


Los trabajos científicos que sentaron las bases de laGenética fueron realizados por Gregorio Mendel hace dossiglos. Estos trabajos fueron redescubiertos en 1900 y apartir de este redescubrimiento el desarrollo del estudiode esta Ciencia ha sido vertiginoso hasta nuestros días,ha mostrado un sinnúmero de aspectos donde los traba-jos de Mendel juegan un rol fundamental y le permiten alhombre no sólo observar la variación sino también estu-diarla, analizarla y producirla a voluntad en función deobjetivos definidos.

La Genética se subdivide en otras ramas particularesque abordan el estudio de la Herencia desde niveles decomplejidad diferentes para poder comprender el fenóme-no en toda su magnitud y la Genética Clásica está rela-cionada fundamentalmente con los trabajos de Mendel ycon la forma más convencional de trasmitirse los caracte-res de padres a hijos. Se relaciona fundamentalmente conlos caracteres y su estudio al nivel de organismo.

La Citogenética está relacionada con la conducta delas células, y en especial con el comportamiento de loscromosomas, en los que están ubicados los genes.

La Genética Molecular explica los fenómenos de laherencia al nivel del funcionamiento de las moléculasbiológicas responsables de este fenómeno en la célula.

La Genética del Desarrollo aborda el fenómeno de laherencia desde el punto de vista de los patrones de desa-rrollo que garantizan la fidelidad de la trasmisión de lascaracterísticas de los padres a los hijos, y la estabilidadde los individuos como especie.

La Genética Poblacional se relaciona con la conductade los genes al nivel de las poblaciones se ocupa delestudio de los individuos en su interacción con el resto delos individuos de la población de la que forma parte.

Existen además, otras ramas particulares como laGenética Animal, la Genética Vegetal, la Genética Micro-biana, la Genética Humana que abordan el estudio de laherencia en animales, vegetales, microorganismos y elhombre. Con el desarrollo de la Genética y los nuevos des-cubrimientos y adelantos de la ciencia y la tecnología sur-gen otras ramas nuevas de esta ciencia particular.

la Genética estudia:

los genes de los individuos, su funcionamien-to, su trasmisión, sus alteraciones, sus rela-ciones con otros genes y su interacción con elambiente.

III. DESCUBRIMIENTO DE LA ESTRUCTU-RA EN DOBLE HÉLICE DEL ADN:WATSON Y CRICK, 1953

Introducción

Debido a la complejidad que presenta la materia viva loscientíficos consideraron, como más probable, que la cé-lula almacenara la información necesaria para multiplicar-se en una de las grandes moléculas o biopolímeros queposeían los seres vivos. Los carbohidratos, proteínas yácidos nucleicos que se conocen, se encuentran presen-tes en todos los seres vivos.

Los científicos tenían entonces tres candidatos posi-bles para constituir la base material de los factores quehabía descrito Mendel: los carbohidratos, las proteínas ouno de los tipos de ácidos nucleicos que se encuentranen la célula; el ácido ribonucleico (ARN) o el ácidodesoxirribonucleico (ADN).

Los polisacáridos o carbohidratos son azúcares com-plejos constituidos por azúcares más sencillos llamadosmonosacáridos. El más abundante de estos monosacá-ridos es la glucosa, que es la unidad básica de polisa-cáridos como el almidón, la celulosa y el glucógeno. Porello los polisacáridos desempeñan dos funciones biológi-cas principales que fueron estudiadas muy tempranamen-te: una como almacenamiento de energía y otra comoelementos estructurales.

Otras moléculas muy abundantes en todos los orga-nismos vivos son las proteínas. Estas son moléculas com-plejas y de naturaleza polimérica, formadas por unidadesmás sencillas llamadas aminoácidos. La estructura quí-mica de un aminoácido se caracteriza por tener un grupoamino (-NH2), un grupo carboxilo (-COOH) y un grupo quees de composición variable y se le llama R. La estructuraquímica general de un aminoácido se muestra en el cua-dro siguiente:

Los aminoácidos se distinguen unos de otros por lacadena lateral R y aunque existen muchos más, sólo hay20 aminoácidos que se han encontrado presentes en to-dos los seres vivos.

Para constituir la proteína (el polímero) se forma unenlace entre el grupo amino de un aminoácido con el gru-po carboxilo de otro, a este enlace se le denomina enlacepeptídico y a la cadena de aminoácidos se le llamapolipéptido (poli = mucho).

Las diferencias que se encuentran entre las proteínasestán dadas por el largo de las cadenas y el orden quetienen los 20 posibles aminoácidos dentro del polipéptido.Todos los organismos, desde la bacteria más simple has-ta el hombre, contienen los mismos 20 aminoácidos. Lasiguiente relación muestra los nombres de los 20 amino-ácidos existentes.

Ácido AspárticoÁcido GlutámicoAlaninaArgininaAsparaginaCisteínaFenilalanina

ProlinaSerinaTirosinaTreoninaTriptófanoValina

GlicinaGlutaminaHistidinaIsoleucinaLeucinaLisinaMetionina

Antes del descubrimiento de la estructura del ADN seconocía que las proteínas eran las moléculas másversátiles que se encontraban en la materia viva, estastienen como funciones fundamentales las: estructural,transporte, señales y catálisis de todas las reaccionesquímicas que ocurren dentro de la célula. Esto provocóque durante mucho tiempo se pensara que estas podíanser las moléculas responsables de trasmitir la informa-ción hereditaria. El hecho de que las proteínas eran tanabundantes y desarrollaran tantas funciones diferentesdentro de las células de todos los seres vivos, además deque podían mostrar combinaciones diferentes de sus 20aminoácidos en sus largas cadenas, hizo pensar durantemucho tiempo a los científicos que ellas debían ser lasresponsables de la trasmisión de la herencia. Sin embar-go, después de muchos años de investigación se demos-tró que esa función le correspondía a otros biopolímeros:los ácidos nucleicos, principalmente al ADN.

Los ácidos nucleicos que se encuentran también entodos los seres vivos se asemejan en su estructura quí-mica. Estas moléculas, como ya se conoce, están for-madas cada una por cuatro tipos de unidades básicasllamadas nucleótidos, que se combinan de forma diversaen largas cadenas de millones de unidades.

El ADN, como ya se planteó, está formado por el azú-car desoxirribosa y las cuatro bases nitrogendas: Adenina,Guanina, Citosina, y Timina, además del grupo fosfato.

En el caso del ácido ribonucleico (ARN) en todas lasespecies está formado por cuatro tipos de ribonucleótidosdiferentes en forma similar al ADN. Sin embargo, hay dosdiferencias importantes, la primera es el azúcar. En elADN el azúcar es la desoxirribosa, mientras que en elARN el azúcar es la ribosa: la ribosa posee un grupo OHadicional. La segunda diferencia es que una de las basesnitrogenadas, la Timina, se sustituye por el Uracilo (U), ypor tanto las cuatro bases en el ARN son: Adenina,Guanina, Citosina, y Uracilo.

¿Cómo se inicia la historia del descubrimientodel material hereditario?

Fig. 43. Friedrich Miescher.

El estudio de los ácidosnucleicos comenzó en1871 con las investiga-ciones del biólogo sui-zo Friedrich Miescher(1844-1895).

En esta época, envarios laboratorios dehospitales y universida-des se generalizaba eluso del microscopio yse perfeccionaban lastinciones (forma de te-ñir las células y tejidos)

que permitían tener una mejor definición de las células enlos diferentes tejidos.

Hasta ese momento nadie sabía cual era la funcióndel núcleo en una célula, pues obtener células y separarsus núcleos era sumamente difícil. Miescher se propusoconocer qué sustancia componía los núcleos porque con-sideraba que esto facilitaría encontrar la función de estaestructura.

Él recordaba que en sus observaciones los glóbulosblancos de la sangre humana (leucocitos) contenían nú-cleos relativamente grandes y no mucho citoplasma, deallí su idea de que si utilizaba esta célula tendría muchomaterial nuclear y relativamente pocos contaminantes.

En los vendajes quirúrgicos desechados en las clíni-cas podía encontrarse gran cantidad de leucocitos en for-ma de pus. Así, después de una intensa investigación,logró aislar del pus que obtenía de vendajes de heridasinfectadas una sustancia de naturaleza ácida con unacantidad muy elevada de fósforo. Debido a la presenciade esa sustancia en el núcleo de la célula le llamónucleína.

En 1892 escribe a su tío para comentar de su descu-brimiento:

la nucleína es una molécula muy grande y com-pleja, el isomerismo de sus átomos de carbo-no, sólo puede proporcionar un número sufi-ciente de moléculas, de acción diferente, quepueden ser portadoras de innumerables carac-terísticas genéticas. Esta transmisión quími-ca, puede ser similar al hecho, de que todaslas palabras y conceptos de una lengua, pue-den encontrar expresión, por el uso de solo veinteo treinta letras alfabéticas de esa lengua.

La denominación de nucleína fue posteriormente sus-tituida por la de ácido nucleico.

Luego de la publicación de su artículo en 1871, en larevista de su superior Hoppe-Seyler, Miescher se trasla-dó a Basilea, donde permaneció hasta su muerte a cargode la cátedra de Fisiología.

El interés por el estudio de las células, por la descrip-ción de la función de los diferentes tejidos y el compren-der cómo se trasmitían los caracteres hereditarios, se-guía creciendo en el ámbito científico.

Desde el comienzo del siglo XX, después del redescu-brimiento de las leyes de Mendel, se van a desarrollardiferentes investigaciones encaminadas a conocer mássobre el comportamiento de los factores o genes y, sobretodo, para llegar a conocer su naturaleza material. Dentro


de estas investigaciones se destacaron los trabajos delmicrobiólogo británico Frederick Griffith, que van a consti-tuir un punto de partida para alcanzar este objetivo.

Frederick Griffith

En 1928 Griffith publica sus experimentos realizados conel objetivo de demostrar la sustancia que en la célula eracapaz de transferir las características hereditarias. Paraesto utilizó como material biológico, ratones y cepas dife-rentes de la bacteria Streptococcus pneumoniae. Estabacteria tanto para el hombre como para los ratones espatógena, es decir, produce la neumonía pero esta de-pende de que la bacteria posea o no una cápsula depolisacáridos que la protege contra la fagositosis (meca-nismo de destrucción de elementos ajenos al organismoen el cuerpo animal). Si la bacteria está capsulada losfagocitos de la sangre no la pueden atacar y el individuo(hombre o ratón) padece la neumonía. Si la bacteria es nocapsulada los fagocitos la atacan y destruyen de formaque el individuo no enferma. Las bacterias utilizadas porGriffith eran capsuladas y no capsuladas.

Otra característica importante es que las bacterias deneumococos capsuladas crecen en medios agarizadospreparados en el laboratorio, estas forman colonias de su-perficie lisa que son designadas como Tipo S. Las colo-nias aparecen producto del crecimiento de las bacteriasen medio sólido donde están contenidas millones de bac-terias idénticas. La forma, el color y textura de la coloniason característicos de cada especie. Existe un gran númerode tipos de Streptococcus pneumoniae que difieren en laconstitución química de los polisacáridos de su cápsula,por lo que éstos pueden designarse como S I, S II, S III,etcétera.

De estas cepas se originaron mutantes (organismosque tienen una característica genéticamente diferente delas células originales) que habían perdido la capacidad desintetizar cápsula de polisacáridos, y que por tanto noposeían cápsula. Estas cepas cuando eran crecidas enun medio de cultivo sólido, producían colonias de superfi-cie rugosa y se les denominó R.

En su trabajo Griffith realizó distintas pruebas:

• Infectó ratones con bacterias Tipo S III (previamentematadas con calor) y éstos sobrevivían sin que en susangre se encontraran bacterias vivas capaces de pro-ducir la enfermedad (virulentas).

• Infectó ratones con bacterias Tipo R II vivas, ya que setrataban de bacterias no capsuladas y por tanto novirulentas, y éstos sobrevivían sin que en su sangre seencontraran bacterias vivas capaces de producir laenfermedad (virulentas).

• Infectó ratones con una mezcla de bacterias Tipo SIIImuertas por calor y Tipo R II vivas. Los ratones moríande neumonía y de su sangre podían recuperarse bac-terias Tipo S III.

En el siguiente esquema se pueden observar las res-puestas a la infección de los ratones con los diferentestipos de bacterias:

1. Tipo S III produce la muerte del ratón (bacterias viru-lentas).

2. Tipo RII no produce la muerte del ratón (bacterias novirulentas).

3. Tipo S III muertas por calor no produce la muerte delratón.

4. Mezcla de Tipo RII+ Tipo SIII muertas por calor produ-ce la muerte del ratón (bacterias virulentas).

De estos resultados resulta claro que “una sustancia”presente en la suspensión de bacterias S III muertas fuecapaz de reparar el defecto hereditario (la falta de capaci-dad de sintetizar la cápsula de polisacáridos) en las bac-terias de tipo RII, o de dar la nueva característica heredi-taria de sintetizar las cápsulas de tipo S III en bacteriasde tipo R II que habían perdido la capacidad de hacerlo.Dicho de otro modo las bacterias RII recibieron una infor-mación genética (nueva característica) que permitió la sín-

Fig. 44. Respuestas a la infección de los ratones en los expe-rimentos de Griffith.

tesis de cápsula y su transformación en bacterias virulen-tas (recuérdese que las bacterias tipo SIII estaban muer-tas por calor).

A esa “sustancia” capaz de transformar a las bacte-rias Tipo RII en Tipo SIII, es decir, de no virulentas envirulentas, se le llamó principio transformante, y al fenó-meno de transferencia de características hereditarias deun organismo a otro, bajo la acción de un factor dado, sele llamó transformación.

Las implicaciones del trabajo de Griffith quedaron re-flejadas por éste en el artículo original cuando escribió:

...la sustancia inductora, sobre la base de suspropiedades físicas y químicas, parece ser unaforma viscosa y altamente polimerizada de ácidonucleico. Por otra parte, el tipo S III de polisa-cárido capsular, cuya síntesis es evocada porel agente transformante, consiste principalmen-te en un polisacárido no nitrogenado...

Entonces es evidente que la sustancia inductora y lasustancia producida en consecuencia son químicamentediferentes y biológicamente específicas en sus acciones,y que ambas son requisitos en la determinación del tipode especificidad de las células de las cuales ellas formanparte. Esta discusión marcó la introducción de la distin-ción entre el material genético y los productos de su ex-presión, un punto de vista que estuvo en la base de estu-dios posteriores.

En el mismo año 1928 los microbiologos Neufeld yLevinthal repitieron los experimentos de Griffith y obtuvie-ron los mismos resultados. En esta misma época exis-tían laboratorios químicos que estaban estudiando lascaracterísticas de los ácidos nucleicos. Levene Phoebus(1869-1940), un químico ruso-norteamericano en 1929descubre la 2-desoxirribosa y describe los ácidosnucleicos que aísla por primera vez de cultivos de levadu-ras, descubriendo así la naturaleza química del ADN. Lue-go Dawson en 1931 y Alloway en 1933 demuestran que latransformación de bacterias tipo R en tipo S podía ocurriren un tubo de ensayo, con lo que demostraron que elprincipio transformante estaba presente en extractos ce-lulares de la cepa capsulada.

El descubrimiento de Griffith es considerado como unpunto clave en el desarrollo de la Genética Molecularporque mostró, por primera vez, que los rasgos genéticospodían transferirse de una bacteria a otra. Por esto, mu-chos consideran a Griffith el padre de la BiologíaMolecular.

¿Cómo se llegó a identificar la moléculaque en la célula constituye el materialhereditario?

En 1944 los investigadores Oswald Avery (1877-1955),Colin MacLeod y MacLyn McCarty publicaron un artículodonde se llegó a definir la naturaleza del principio

transformante dentro del extracto delas células muertas por calor de lacepa virulenta de neumococo que tra-bajó Griffith 16 años antes.

La estrategia seguida por estosautores en diferentes experimentoscon el objetivo de identificar qué mo-lécula de la célula era la responsablede la transformación de la caracterís-tica hereditaria fue la siguiente:

• • • • • Inactivar mediante agentes es-pecíficos cada uno de los princi-pales componentes de la célulaen el extracto celular de la cepaTipo S.

• • • • • Mezclar células tipo R con losextractos celulares de cepas TipoS inactivados para cada compo-nente.

• • • • • Observar la aparición de transformación o no transfor-mación en las mezclas mediante la aparición de co-lonias tipo S.

Fig. 45. Estos investigadores publicaron los artículos en elque se definió la naturaleza del principio transformante.

Un fuerte candidato para trasmitir la capacidad de cau-sar la enfermedad era el polisacárido capsular. Sin em-bargo, cuando éste fue inactivado, la muestra conservósu actividad transformadora:

En diferentes experimentos fueron también inactivados:las proteínas, los lípidos y los ácidos ribonucleicos, y mos-traron de forma similar que ninguna de estas moléculasera el principio transformante, ya que la muestra conser-vó su actividad transformadora:

Cuando el extracto fue tratado con una enzima capazde degradar al ácido desoxirribonucleico (ADN), ahora lla-mada Dnasa (extraída de la mucosa intestinal o del suerode perros y conejos), el principio transformante era des-truido y la muestra perdió su actividad transformadora:

Cuando los extractos de mucosa o suero fueron ca-lentados para inactivar a la Dnasa, el principio transformantepermanecía sin afectarse:

Fig. 46. Experimentos en los cuales se demostró que el ADNes el material genético.


En una carta dirigida a su hermano en 1943, Averyescribió:

Durante los dos últimos años, primero con MacLead y ahora con el Dr. Mc Carty, he estadotratando de encontrar cuál es la naturalezaquímica de la sustancia, en el extracto bacte-riano, que induce este cambio específico...Mucho trabajo, lleno de dolores de cabeza yde angustias. Pero al fin quizás ya lo tenemos...Pero hoy día es necesario tener una gran can-tidad de evidencias bien documentadas paraconvencer a cualquiera de que la sal sódicadel ácido nucleico desoxirribosa, libre de pro-teínas, puede posiblemente estar dotado conestas propiedades específicas y biológi-camente activas, y ésta es la evidencia queestamos tratando de obtener ahora. Es a ve-ces divertido soplar burbujas, pero es sabio pin-charlas tú mismo antes que alguien más tratede hacerlo.

Fue por esta razón que después, añadiendo solo ADN,Avery pudo cambiar el fenotipo de las células bacterianas,demostrando convincentemente que el ADN es el mate-rial genético.

Así, un fragmento del ADN transformante que confierevirulencia se incorpora en el cromosoma bacteriano reem-plazando su contraparte que no es capaz de producir lavirulencia. La importancia de esta investigación fue decisi-va en el conocimiento de la base molecular de la herencia,al asignar al ADN el papel principal en el mecanismo here-ditario en una época donde los científicos atribuían estafunción a las proteínas cromosómicas y poco o nada alácido nucleico. La identificación del ADN con el principiotransformante aún tardó varios años en ser universalmen-te aceptada.

El conocimiento de la naturaleza del material heredi-tario fue punto de partida para llegar al conocimiento ac-tual de su modo de acción, pero los resultados de estetrabajo no fueron inmediatamente apreciados como suce-dió 80 años antes con los trabajos de Mendel.

Este mecanismo de la transformación jugó un papelimportante en la determinación de la naturaleza químicadel material hereditario, y en la actualidad es uno de losmétodos más empleados en el clonaje de genes para in-troducir una molécula de ADN en una célula receptora.

¿Cómo es químicamente la moléculade ADN?

El reconocimiento de la existencia de la herencia, es de-cir, de la transferencia de las características hereditariasa la descendencia fue, probablemente, una de las prime-ras apreciaciones científicas relacionadas con la Biologíaaprendidas por el hombre.

Nuestros antecesores, al observar un conjunto de ca-ballos o conejos salvajes, debieron considerar el hechode que: de una pareja de caballos sólo nacen caballos yde una pareja de conejos sólo nacen conejos. A partir deeste punto el hombre cruzó animales similares entre sí, ytambién cruzó plantas similares entre sí para obtener va-riedades mejoradas de unos y otras sin saber, ni poderseexplicar, qué ocurría realmente en los organismos quegarantizaba la obtención, a partir de los cruzamientos, deindividuos con mejores o peores características.

Después que en 1869 Friedrich Miescher descubreel ADN, se necesitaron casi 70 años de investigaciónpara poder identificar por completo la estructura del es-queleto de los ácidos nucleicos. La idea de que la molé-cula de ADN contiene toda la información genética deun organismo vivo, puede inducir a pensar que es enor-memente compleja.

Sin embargo, como ya se ha visto, el ADN desde elpunto de vista químico es relativamente simple. Está for-mado siempre por el mismo azúcar de cinco átomos decarbonos o pentosa que se denomina 2- desoxi-D-ribosa,ácido fosfórico y cuatro bases nitrogenadas (adenina,guanina, citosina y timina).

Hoy se conoce que un ácido nucleico es un polímerode nucleótidos y se sabe que un nucleótido está formadopor la unión covalente de una base nitrogenada a la cade-na azúcar + fosfato. Estas bases nitrogenadas puedenser purinas o púricas y pirimidinas o pirimídicas. Las ba-ses púricas son Adenina y Guanina, y se encuentran tan-to en el ADN como en el ARN.

Las bases pirimídicas son Citosina, Uracilo y Timina.La Citosina es común para ambos ácidos nucleicos, encambio el Uracilo sólo se encuentra en el ARN y la Timinasólo en ADN.

También se ha dicho y aceptado que la estructuraespacial de esta molécula es en forma de doble hélice,en la que las bases nitrogenadas se encuentran situadasen el interior y los grupos fosfato se disponen en el exte-rior. Las bases nitrogenadas de las dos cadenas que for-man la molécula de ADN se unen entre sí a través depuentes de hidrógeno, apareándose siempre la baseadenina con la base timina y la base guanina con la basecitosina.

La estructura de doble hélice se mantiene estable gra-cias a las uniones entre las bases de las dos cadenascomplementarias en el centro de la molécula. Las doshebras presentan orientaciones opuestas.

Fig. 47. Los nucleótidos que conforman el ADN.

¿Cómo es espacialmente la moléculade ADN?

Antecedentes del descubrimiento de unaestructura espacial para la molécula de ADN

Ya en 1893 Albrecht Kossel había demostrado que el ADNestaba compuesto por cuatro bases nucleotídicas.

Fig. 48. Abrecht Kossel (1853-1927) y su alumno LevenePhoebus (1869-1940).

Abrecht Kossel (1853-1927) fue un científico alemánque estudió la fisiología de diferentes tejidos animalesseparando sus componentes. Él logró aislar las basespirimidinas (Citosina y Timina) y las purinas (Adenina yGuanina). También planteó que la molécula tenía una re-gión de carbohidratos que no lograba aislar y describir.En 1910 recibió el premio Nobel en Medicina por sus in-vestigaciones en proteínas y ácidos nucleicos.

Años más tarde uno de sus estudiantes, LevenePhoebus (1869-1940), se interesó en el estudio de losácidos nucleicos. Este químico ruso-norteamericano tra-bajó en el Instituto Rockefeller desde 1905 hasta 1939.En 1929 descubre la naturaleza de la porción decarbohidratos del ácido desoxirribonucleico y lo identificócomo 2-desoxirribosa, describió entonces la estructuraquímica de los ácidos nucleicos que aisló por primera vezde cultivos de levaduras.

En 1938, William Astbury (1853-1927), físico norte-americano, obtuvo el primer patrón de difracción por ra-yos X de la molécula de ADN y describió, junto con suestudiante Florence Bell, el primer modelo que se conocede la molécula de ácido desoxirribonucleótido y planteaque es una molécula regular y periódica.

Algunos años más tarde Linus Pauling propuso otromodelo para describir la estructura espacial de la molé-cula de ADN. Linus Pauling (1901-1994) fue un eminentequímico y humanista norteamericano.

Fig. 49. William Astbury (1853-1927) y los patrones de difracciónpor rayos X de la molécula de ADN obtenidas por él.

Fig. 49. Linus Pauling propuso otro modelo para la estructuraespacial de la molécula de ADN.


Graduado de Ingeniero Químico en 1922 y dedicado alestudio de las biomoléculas, fundamentalmente las pro-teínas publicó 350 artículos en el campo experimental dela determinación de la estructura de cristales por difracciónde rayos X y la interpretación de estas estructuras entérminos químicos y físicos. Por sus trabajos recibe elPremio Nobel en Química en 1954. Fue también un paci-fista y por sus actividades a favor de la paz mundial reci-bió el Premio Nobel de la Paz en 1963.

En 1953 Pauling propuso un modelo en el que planteaque la molécula de ADN tiene tres cadenas enrolladasen forma de alfa hélice, donde los grupos de azúcar-fosfatos se encuentran en el interior de la moléculaestabilizados por un átomo de magnesio y las basesnitrogenadas hacia el exterior de la molécula.

En esta época Rosalind Franklin, en el laboratorio deMaurice Wilkins, obtiene una imagen de la difracción derayos X de los cristales de ADN con un grado de pureza yde hidratación diferente a las logradas hasta la fecha.

Fig. 51. Modelo de molécula de ADN propuesto por Linus Pauling.

Fig. 52. Rosalind Franklin y la fotografía que obtuvo de ladifracción de rayo X.

En 1950, analizando el ADN de diferentes especies,Erwin Chargaff (1905-1995) y sus colaboradores, en laUniversidad de Columbia, encuentran una regularidad enla composición de bases al estudiar diferentes tejidosanimales y otros organismos. Descubrieron así, que in-dependientemente del tejido del organismo que se estu-diara, el contenido porcentual de cada nucleótido era elmismo, aunque los porcentajes podían variar de especiea especie.

Fig. 53. Erwin Chargaff descubrió que las especies tenían elmismo contenido Guanina-Citocina y Adenina-Guanina.

Algunos de los datos originales del trabajo de Chargaffaparecen en la Tabla 6.

Tabla 6. Algunos datos originales del trabajo de Chargaff.

Esto sugería que la estructura del ADN era específicay se conservaba en cada organismo. Además, él encon-tró que en todos los animales el porcentaje de Adeninaes similar al porcentaje de Timina y el porciento deGuanina es similar al de Citosina en todas las especies yen todos sus tejidos.

El significado de estos resultados indiscutiblementefue crucial para interpretar la estructura del ADN.

Trabajo de Watson y Crick, Nature Nº 4356,25 de abril de 1953(Versión al español del trabajo original de Watson y Crick)

Título : Una estructura para el Ácido Desoxirribosanucleico.

Deseamos sugerir una estructura para la sal delÁcido Desoxirribonucleico (A.D.N.). Esta estruc-tura tiene aspectos novedosos que son de uninterés biológico considerable.Una estructura para el ácido nucleico ya ha sidopropuesta por Pauling y Corey (1). Amablemen-te han puesto el manuscrito a nuestra disposi-ción antes de su publicación. Su modelo con-siste en tres cadenas entrelazadas, con losfosfatos cerca del eje de la fibra, y las baseshacia fuera. En nuestra opinión, esta estructu-ra es poco satisfactoria por dos razones: (1)creemos que el material del que se obtienenlos diagramas de rayos-X es la sal, no el ácidolibre. Sin los átomos de hidrógeno del ácido noestá claro que las fuerzas puedan mantener laestructura unida, especialmente porque losfosfatos cargados negativamente cerca del ejese repelerían el uno al otro. (2) Algunas de lasdistancias de van der Waals parecen ser dema-siado pequeñas.Otra estructura en cadena triple ha sido sugeri-da por Fraser (en prensa). En su modelo losfosfatos, están hacia fuera y las bases haciadentro, manteniéndose unidas por enlaces dehidrógeno. Esta estructura así descrita está másbien mal definida por lo que no la comentamos.

Deseamos ofrecer aquí una estructura radical-mente distinta para la sal del ácido desoxirri-bonucleico.Esta estructura tiene dos cadenas helicoidalescada vuelta en torno al mismo eje (ver diagra-ma). Hemos hecho las suposiciones químicasusuales, más específicamente, que cada ca-dena consiste en grupos fosfato-diéster unien-do residuos de ß-D-desoxirribofuranosa conenlaces 3',5'. Las dos cadenas (pero no susbases) se relacionan por una díada perpendi-cular al eje de la fibra. Ambas cadenas siguenuna hélice dextrógira, pero debido a las díadaslas secuencias de átomos en las dos cadenascorren en direcciones opuestas. Cada una delas cadenas, por separado se parece al mode-lo Nº 1 de Furberg (2); esto es, las bases es-tán sobre la parte interna de la espiral y losfosfatos en la externa. La configuración del azú-car y los átomos cercanos se aproximan a la«configuración estándar» de Furberg, el azúcarse dispone perfectamente perpendicular a la baseadjunta. Hay un residuo sobre cada cadena cada3,4 Å en la dirección-z. Hemos asumido un án-gulo de 36 grados entre residuos adyacentesen la misma cadena, para que la estructura serepita después de 10 residuos sobre cada ca-dena, esto es, después de 34 Å. La distanciade un átomo de fósforo desde el eje de la fibraes 10 Å. Como los fosfatos están sobre la parteexterna, los cationes tienen fácil acceso a ellos.La estructura es abierta, y su contenido de aguaes más bien alto. Para nosotros, a contenidosbajos de agua las bases se acercarían y la es-tructura sería más compacta.El aspecto novedoso de la estructura es lamanera en que las dos cadenas se mantienenunidas por bases púricas y pirimidínicas. Losplanos de las bases son perpendiculares al ejede la fibra. Se reúnen en pares, una base deuna de las cadenas unida mediante enlacesde hidrógeno a una base de la otra cadena, yasí las dos se unen lado a lado con idénticacoordenada z. Una de las bases del par debeser purínica y la otra pirimidínica. Los enlacesde hidrógeno se hacen como se indica a conti-nuación: purina en posición 1 con pirimidina enposición 1; purina en posición 6 con pirimidinaen posición 6.Esta figura es puramente esquemática. Las doscintas simbolizan las cadenas azúcar-fosfato,

y las varillas horizontaleslos pares de bases que sos-tienen las cadenas unidas.La línea vertical marca eleje de la fibra.Si se asume que las basessólo aparecen dentro de laestructura en la forma tau-tomérica más plausible(que es, con la configura-ción ceto más que con laenol) se encuentran quesolamente pares específi-cos de bases pueden unir-se. Estos pares son: laadenina (purínica) contimina (pirimidínica), yguanina (purínica) concitosina (pirimidínica).En otras palabras, si unaadenina es uno de losmiembros de un par, sobreuna cadena, entonces elotro miembro debe ser

timina; algo similar ocurre para la guanina y lacitosina. La sucesión de bases sobre una ca-dena única no parece estar restringida de nin-guna forma. Sin embargo, si sólo pueden for-

Fig. 54. Figura puramen-te esquemática.

Tabla 7. Determinación de contenido A, T, G y C endiferentes organismos.


Conclusiones más importantes del trabajode Watson y Crick

Para comprender el trabajo original de Watson y Crickdebe profundizarse en los elementos fundamentales queellos reflejan a partir de sus datos experimentales y desus consideraciones teóricas.

A finales de 1953 James Watson y Francis Crick pre-sentan su modelo de la estructura espacial del ADN. Losdatos obtenidos mediante cristalografía de rayos X porRosalind Franklin y por Maurice Wilkins, junto con losresultados previos de Chargaff y otros químicos de la épo-ca, fueron utilizados por Watson y Crick para postular elsiguiente modelo:

• La molécula es una doble espiral enrollada hacia laderecha alrededor de un eje central.

• Cada vuelta de la espiral contiene diez residuos, cons-tituidos por el azúcar desoxirribosa, la base nitroge-nada unida por el puente de hidrógeno con la basenitrogenada complementaria y el azúcar de la otracadena.

• Hay un residuo en cada cadena cada 3.4A y la vueltade la espiral tiene 34 A, que es la distancia de un girocompleto del dúplex.

Fig. 55. Las dos cadenas de la espiral son complementariasy están unidas por enlaces de hidrógeno.

Fig. 57. La guanina siempre se une a la citosina y la timina ala adenina.

Suposiciones que se derivaron del modeloy que no escaparon al análisis de estos doscientíficos

• Cuando el ADN se abre en sus dos cadenas cada unaes capaz de servir de molde para formar una cadenacomplementaria, entonces produce dos moléculasexactas a partir de la molécula original. A esto se lellama replicación del ADN porque se producen répli-cas o copias fieles de la molécula.

• La polimerización o el crecimiento de una nueva cade-na complementaria se lleva a cabo utilizando las ca-denas viejas como molde, basado en la complemen-tariedad entre las bases.

El modelo de Watson y Crick resultó, a todas luces,ser el que con más precisión logró explicar o representarlas posibles funciones de la molécula de ADN en la célu-la. Antes de este se habían descrito otros modelos concaracterísticas diferentes, tales como el de Linus Pauling(1953) y el modelo de Fraser (1953), que proponían unamolécula de tres hebras o cadenas.

Los patrones de difracción de rayos X, que fue la téc-nica utilizada para estos estudios de los cristales (crista-lografía) de la sal de ADN, variaban en función de: elgrado de pureza del cristal, el grado de hidratación (hu-medad) y la composición de bases de la molécula. Estaes la explicación a los diferentes patrones obtenidos porlos distintos investigadores y los diferentes modelos pos-tulados.

Los parámetros propuestos por Watson y Crick parala hélice de la sal de ADN se obtienen cuando el cristal

Fig. 58. La cadena de ADN original sirve de molde para laformación de dos nuevas moléculas.

Tabla 8. Comparación de las características entre las distin-tas conformaciones de ADN

¿Qué requisitos debe cumplir una moléculapara que sea considerada material hereditario?

Para que una molécula sea considerada material genéticodebe cumplir con determinados requisitos que le posibili-ten almacenar la información genética, donde irá conteni-da la clave o código necesario para la síntesis de todaslas proteínas del organismo. Por ejemplo, en el únicocromosoma (1 molécula de ADN) que posee la bacteriaEscherichia coli, debe ir contenida la información para las3 000 proteínas diferentes que esta bacteria posee, otro

marse determinados pares de bases, conocien-do la sucesión de bases sobre una de las ca-denas, entonces la sucesión sobre la otra ca-dena queda determinada automáticamente.Experimentalmente se ha encontrado (3,4) quela relación de adenina a timina, y la relación deguanina a citosina, están siempre muy cercade la unidad para el ácido desoxirribonucleico.Probablemente es imposible construir estaestructura con un azúcar ribosa en lugar dedesoxirribosa, el átomo extra de oxígeno la haríademasiado cerrada y formaría un enlace de vander Waals.Los datos de rayos-X anteriormente publicados(5,6) sobre el ácido desoxirribonucleico son in-suficientes para una prueba rigurosa de nues-tra estructura. Hasta el momento lo que pode-mos decir es a grosso modo compatible conlos datos experimentales, pero debe observar-se como improbado hasta que se haya verifi-cado con resultados más exactos. Algunos deestos se aportarán en las siguientes comuni-caciones. Nosotros no éramos conscientes delos detalles de los resultados presentadoscuando ideamos nuestra estructura, que des-cansa principal aunque no enteramente sobredatos experimentales ya publicados y argumen-tos estereoquímicos.No se escapa a nuestra comunicación que elemparejamiento específico que hemos postu-lado sugiere inmediatamente un posible meca-nismo de copia para el material genético.Todos los detalles de la estructura, incluyendolas condiciones presumidas para su construc-ción, junto con un conjunto de coordenadas paralos átomos, se publicarán con posterioridad.

• Las dos cadenas de la espiral co-rren en direcciones opuestas C-5’a C-3’ (son antiparalelas).

• Las dos cadenas de la espiral soncomplementarias y están unidas porenlaces de hidrógeno. El diámetrodel dúplex es constante, 20 Å. Porlo que siempre una base púrica seaparea a una pirimídica, y nunca seencontrarán apareadas dos basespúricas ni dos bases pirimídicas.

• Los pares de bases que se unenentre cadenas son siempre igualesAdenina-Timina (A-T) y Citosina-Guanina (C-G).

• La única irregularidad de la molécu-la radica en la secuencia de basesnitrogenadas a lo largo de la mis-ma. El esqueleto azúcar fosfato esuna secuencia totalmente regular.

• Las bases se aparean o unen por unprincipio de complementariedad; porejemplo, la adenina siempre es com-

Fig. 56. Las doscadenas son anti-paraelas.

plementaria de timina y guanina siempre es comple-mentaria de citosina.

• Este apareamiento complementario de las bases su-giere que las cadenas de ADN son también comple-mentarias.

tiene una humedad mayor de 92%, y corresponden a unaconformación B (que es la que se representa por las me-didas planteadas en el trabajo y la posición de las molé-culas pequeñas descritas) y es la conformación prome-dio que presenta el ADN.

En cambio, a una humedad relativamente baja, menorde 75%, los parámetros de hélice cambian y el ADN adop-ta la conformación A.

Además de las conformaciones A y B existen otras,como las conformaciones C, D, E y Z. La conformación Zcorresponde a un dúplex que gira hacia la izquierda, y fuedescubierta en 1979 por A. Wang, A. Rich y colaborado-res al analizar por difracción de rayos X secuenciasoligonucleotídicas (pequeñas cadenas de nucleótidos)sintéticas que contenían solamente pares GC. En la Ta-bla 8 se muestran distintas conformaciones de la molé-cula de ADN relacionadas con la humedad o con la pre-sencia de pares de bases específicos.


¿Por qué el modelo propuesto por Watsony Crick para el ADN explica que estamolécula es el material hereditario?

El modelo explica que la única secuencia irregular exis-tente en la molécula de ADN es la secuencia de basesnitrógenadas y, por tanto, la información genética tienenque estar contenida precisamente en esa secuencia irre-gular de bases. La explicación de cómo con la existen-cia de solo cuatro bases diferentes es posible obtenermiles de proteínas distintas, se explica solamente me-diante la combinación de estas bases para formar pala-bras claves o códigos y la traducción entre este códigoy las moléculas pequeñas que constituyen las proteínas(aminoácidos). El código genético está formado por unapequeña secuencia de bases (tres bases nitrogenadasson una palabra código).

Explica además, cómo puede variar el material ge-nético. Esto es posible precisamente por variaciones anivel de la secuencia de bases. Si la información genéticaradica en la secuencia de bases, la variación genéticatambién estará relacionada con alteraciones de la secuen-cia de bases.

El modelo de Watson y Crick tiene implícito un meca-nismo muy seguro para la replicación del ADN, que hoyse conoce como mecanismo semiconservativo, porquese conserva siempre una cadena vieja de ADN en cadaciclo de replicación. Esto implica que cada una de lashebras del dúplex sirve de molde para que con el apoyode enzimas específicas se copie la hebra complementa-ria, asegurándose así de obtener, después de la repli-cación, dos moléculas hijas de ADN, idénticas entre sí eidénticas a la molécula parental. Este mecanismo teóricofue demostrado experimentalmente cinco años despuéspor Messelson y Stahl.

Por su trabajo, Watson y Crick compartieron conMaurice Wilkins el premio Nobel de Fisiología y Medicinaen 1962.

IV. EL ADN Y LOS CROMOSOMAS

Cada célula se forma por la divisiónde otra célula

Cuando un organismo crece aumenta su tamaño y paraello tiene que aumentar el número de sus células. Estasse dividen, originan las células hijas que permiten el creci-

Fig. 59. Microfotografía de 1) Célula vegetal, 2) Célula de tejido animal, 3) Células sanguíneas, 4) Bacterias del géneroStreptomyces, 5) Bacteria Escherichia coli, 6) Levaduras del género Saccharomyce, 7) Paramecio.

Fig. 60. Microfotografía de 1) Tejido vegetal, 2) Tejido muscular, 3) Tejido óseo, 4) Tejido epitelial.

ejemplo pueden ser los seres humanos que poseen 46cromosomas (46 moléculas de ADN), donde debe ir con-tenida la información para más de 100 000 clases de pro-teínas diferentes.

El almacenamiento de la información genética debeser lo suficientemente sencillo y contener una especie decódigo o clave en el que vaya la información necesariapara la formación de las proteínas.

La molécula considerada material genético debe cum-plir con otros requisitos que definan su capacidad paraproducir moléculas idénticas a ellas, es decir, ser capazde servir de molde para que se formen las moléculas hi-jas y garantizar que se mantengan inalterables las carac-terísticas que pasan de padres a hijos.

Las características de esta molécula deben explicar laconducta mostrada por los factores o caracteres estudia-dos por Mendel y por tanto explicar la herencia. De estaforma la molécula tiene que ser capaz de autoreplicarse esdecir producir copias fieles de sí misma y poseer una pro-piedad que garantice la fidelidad de las copias o ausenciade errores (el principio de complementariedad entre lasbases constituye esta propiedad esencial).

La molécula sin embargo, debe explicar la posibilidadde la existencia eventualmente y a baja frecuencia dealteraciones que posibiliten la formación de individuos concaracterísticas nuevas, es decir la presencia de las varia-ciones (evolución).

miento de dicho organismo. Esto ocurre en los micro-organismos, en las plantas y en los animales incluyendoal hombre.

Se conoce que todas las células de los seres vivosposeen semejanzas en cuanto a su estructura, a las molé-culas biológicas y demás elementos químicos que las com-ponen, así como en las reacciones que ocurren en ellas.

Entre las células existen diferencias si pertenecen aorganismos inferiores que no poseen membrana nuclear,ni organelos subcelulares (procariotas), o a otros organis-mos con un mayor nivel de complejidad, los cuales pre-sentan membrana nuclear y muchas funciones se reali-zan en organelos especializados (eucariotas).

Además existen diferencias, si las células son de plan-tas o animales, en dependencia del tejido que conformany la funcion que realizan. Por ejemplo, las células nervio-sas tienen forma característica y estructuras definidas pararealizar la función nerviosa en toda su complejidad, y estemismo análisis es válido para las células musculares, lasde la piel, las de las raíces, las de las hojas, los vasosconductores en las plantas, etcétera.

Una regularidad que existe en todas las células esque tienen la posibilidad de dividirse y dar origen a célulasidénticas a ellas.

En 1831, el naturalista Robert Brown describió unoscuerpos oscuros de función desconocida que se observa-ban en las células vegetales.

En 1838, Scheiden publicó un artículo describiendo laestructura de las células vegetales.

En 1839, Schwann en su artículo “Relación entre laestructura y crecimiento de las plantas y los animales”reconoce la similitud entre las células animales y vegeta-les, lo que dio origen a la teoría celular. Esta plantea:

todos los tejidos vivos están compuestos porcélulas, que cada célula tiene un núcleo com-plejo rodeado por una sustancia diferenciadallamada citoplasma y que estas unidades soncapaces de autoduplicarse y diferenciarse paraformar los tejidos.

Esta afirmación es una de las generalizaciones de ma-yor connotación hechas en la Biología.

A continuación se analizará cuál estructura en lacélula, es la responsable de su división y de garantizarque las células hijas sean idénticas a la que le dio ori-gen.


¿Qué estructura de la célula es la responsa-ble de definir las características hereditarias?

En 1892, años antes del redescubrimiento de las leyesde Mendel, el científico August Friedrich Leopold Weis-mann (1834-1914), en su interés por explicar la evoluciónde las especies, sugirió que en la formación de los tejidosa medida que la célula se divide, sus determinantes here-ditarios se distribuyen entre las células hijas de formadiferente. Así explicó que a las células que forman el teji-do del corazón, iban unos determinantes, mientras que alas que forman el tejido de la piel, iban otros diferentes.

En 1898 Hans Driesch (1868-1941) y otros biólogosde la época, trabajando con el huevo fecundado del erizode mar, demostraron que en los primeros estadios de for-mación de un embrión no ocurría la forma de distribuciónde determinantes que planteaba Weismann.

Otros modelos biológicos para el estudio de cómo sedesarrolla un individuo a partir de un cigoto, fueron los rea-lizados por diferentes científicos de la época. Spemmannen 1903 lo estudió en embriones de salamandra. Brig en1952, en huevos fecundados de la rana (Rana pipiens) yJ.B. Gurdon en esta misma época, en Xenopus leavis.

En 1943, el científico alemán Joachim Hammerling publicósus trabajos en Acetabularia, un alga verde macros-cópicaque tiene la característica de estar formada por una solacélula. Este género de algas verdes se encuentra en losmares subtropicales, en aguas superficiales y bien ilumi-nadas donde la profundidad no es mayor de 4 m. Estapequeña alga sólo mide entre 3 y 5 cm de largo, y algu-nos autores han encontrado que hay especies que pue-den alcanzar hasta los 10 cm. Acetabularia presenta comocaracterísticas externas un tallo o talo muy calcificado yen su extremo un disco o sombrero de diferentes formas,según la especie.

El núcleo de esta célula gigante se encuentra en laregión distal del talo que se denomina región del rizoide,porque sirve para adherirse a los sustratos duros comolas piedras y las rocas en los fondos marinos donde vive.En el extremo apical del talo se abre la sombrilla o sombre-rillo, cuya forma varía según la especie; por eso la formadel sombrerillo ha sido utilizada como una de las principa-les características en la clasificación de las diferentes es-pecies del alga.

Cuando el alga se decapita, es decir pierde artificial onaturalmente el sombrerillo, la célula regenera otro igualal que perdió. Otra observación interesante es que a lacélula se le puede quitar el rizoide donde se encuentra elnúcleo y el citoplasma es capaz de realizar sus funcio-nes durante un tiempo relativamente largo que puede durardesde unos minutos, hasta horas o días.

Hammerling (1943) trabajó con varias especies deAcetabularia.

Experimentos con Acetabularia

Fig. 61. Esquema del alga del género Acetabularia.

Seguidamente debe concentrarse la atención en unode sus experimentos, donde utilizó dos especies Aceta-bularia mediterranea y Acetabularia crenulata; las cua-les se diferencian fundamentalmente en la forma delsombrerillo.

El objetivo de su experimento fue definir el papel delnúcleo en la trasmisión de las caracteristicas hereditarias.

Hammerling tomó un alga de cada especie y a cadauna de ellas las decapitó, es decir los sombrerillos losseparo del talo, cortó entonces el rizoide (sección quecontiene el núcleo) de cada una de ellas e insertó el deuna especie en el talo de la otra. Luego puso las algas encondiciones adecuadas para lograr que se regeneraranlos sombrerillos.

Fig. 62. Esquema general de los experimentos realizadospor Hammerlingn.

Los resultados obtenidos fueron: en el talo de A.crenulata con el rizoide de A. mediterranea, la célula re-generó un sombrerillo característico de A. mediterránea.En el talo de A. mediterranea con el rizoide de A.Crenulata, la célula regeneró un sombrerillo característi-co de A crenulata, y se observó que el rizoide implantadodefinía el tipo de sombrerillo. Es decir, que la estructuraque llevaba el núcleo era la responsable de la forma desombrerillo, que como sabe es una característica de laespecie.

En todas las especies de Acetabularia que seintercambian, siempre el sombrerillo que se originaba eradefinido por el núcleo presente y no por el citoplasma(talo) del que se desarrollaba.

En 1953, Joachim Hammerling publica su artículo ti-tulado “Nucleo-cytoplasmic relationships in the develop-ment of Acetabularia” en la revista International ReviewCytolology (2:475-498), donde resume su trabajo de casiveinte años. El trabajo de Hammerling fue de mucha im-portancia porque demostró:

••••• La importancia que tenía el núcleo en la célula,••••• que el núcleo ejerce el control sobre la función del

citoplasma, y,••••• que el núcleo es la estructura celular que contiene

los determinantes de la herencia.

Motivado por su rol como director primario de la activi-dad celular y de la herencia, el núcleo típico de la célulaeucariota constituyó el foco principal para el estudio de laidentificación del material hereditario. Dicho de otro modo,en la estructura celular se había logrado identificar al nú-cleo como el responsable de la división celular y de latrasmisión de los caracteres hereditarios.

En esta época ya se conocían los trabajos realizadosen bacterias por Griffith (1928) y los realizados por Avery,Mc Leod y Mc Carty, donde se conocía que el ADN era elmaterial hereditario en las bacterias; sin embargo, los tra-

bajos con Acetabularia fueron definitorios, ya que se tra-taba de un organismo vegetal y eucariótico, en el que sepodía definir el rol del núcleo. También se ha encontradoque en el citoplasma de las células hay organelos, comolas mitocondrias y los cloroplastos que presentan ADN.

¿Qué se encuentra en el núcleo de la célulaque posibilita su papel director sobre las fun-ciones del citoplasma?

Desde 1871 los experimentos llevados a cabo por Miescherhabían demostrado que la principal sustancia dentro delnúcleo era la nucleina, que años después se identificócomo ADN.

En 1914 Robert Feulgen describió un método detinción de las estructuras celulares basado en el coloran-te fucsina. La tinción manifestó, a la luz del microscópioóptico, la presencia de una red intensamente coloreadaen el núcleo que se le llamó cromatina (cromo=color)

Fig. 63. Microfotografías de células teñidas donde se observael núcleo.

La cromatina durante los procesos de división celularse organiza en unos cuerpos diferenciados que se deno-minan cromosomas (cromo=color, soma=cuerpo), los quepresentan diferentes grados de tinción. Además, existenunos cuerpos redondeados llamados nucleolos, unidos aregiones cromosómicas específicas (organizadores nu-cleares).

Los cromosomas

¿Qué son los cromosomas?

Los cromosomas contienen una única y larga moléculade ADN asociada a proteínas (aunque el cromosomabacteriano contiene esencialmente ADN). En general elADN contenido en los cromosomas es una molécula enor-memente larga, pues tiene muchas secuencias de basesnitrogenadas de naturaleza variada, algunas de las cua-les pueden estar repetidas decenas, cientos, miles o hastaun millón de veces a lo largo de la cadena. Si se desenro-llara la molécula de ADN de uno de los cromosoma de lamosca de la fruta (Drosophila melanogaster), la moléculatendría un largo de 1,2 cm.

Los cromosomas pueden medir entre 2 y 16 µ (recuer-de que 1 micra ?= 0,001 mm). Son estructuras muy com-pactas, mucho más que una molécula simple de ADN. Lacomplejidad de las mismas va aumentando a medida quese avanza en la escala evolutiva. Los organismos mássimples, como los virus y las bacterias primitivas, tienenmoléculas de ADN desnudas, ese es su cromosoma; sinembargo, en los mamíferos las asociaciones de este ADNcon proteínas forma estructuras complejas.

Un cromosoma de una célula de mamífero (por ejem-plo el hombre), tiene como componentes mayoritarios elADN, proteínas llamadas histonas, proteínas no histónicasy otros componentes en menor proporción como los


lípidos, polisacári-dos y algunos ionescomo calcio (Ca++),magnesio (Mg++) yhierro (Fe++). Elanálisis cuantitativode dichos cromoso-mas mostró que sucomposición era deaproximadamente40% ADN y 60%proteína.

Cuando la célulano se está dividien-do, –que no quieredecir que esté enreposo–, porque du-rante todo ese tiem-po está realizandoel intercambio con

su medio y desarrollando las reacciones necesarias parala vida, la sustancia nuclear o cromatina no apareceestructurada en forma de cromosomas. Sólo cuando lacélula se encuentra en proceso de división celular es quela cromatina se organiza y se estructuran los cromo-somas.

Un cromosoma así formado consta de dos cromátidas,unidas una a otra por una sola región que se llamacentrómero. Una cromátida es la división longitudinal delcromosoma. El centrómero es el punto donde se unen oseparan las cromátidas. Según la posición del primero seclasifican los cromosomas y presentan diferentes formas.A los fragmentos que se observan a partir del centrómeroen una y otra dirección, se les denomina brazos.

Así cada cromosoma presente en el núcleo de los or-ganismos eucarióticos, está formado, fundamentalmen-te, por la asociación entre una molécula ADN y proteínashistónicas nombradas H1, H2a, H2b, H3, H4. A esta estructurade ADN y proteínas histónicas se le ha llamado cromatina(ver figuras 10 y 11).

Hoy se conoce que para formar la cromatina la doblehélice de ADN se enrolla alrededor de ocho proteínashistónicas, formando una estructura en forma globulardenominada nucleosoma.

Fig. 64. Esquema de un cromosoma.

Fig. 65. Esquema del empaquetamiento de la molécula deADN en la cromatina hasta formar una fibra de 30 nm.

El nucleosoma contiene dos de cada una de las molé-culas de las histonas H

2a, H

2b, H

3, H

4. Los nucleosomas

están unidos entre sí por un segmento de ADN llamadoligador, que está asociado a la histona H

1. Los

nucleosomas se siguen enrollando y forman una fibra muycompacta de 30 nanómetros.

Fig. 66. Esquema que indica la ubicación del ADN dentro dela célula eucariota.

El ADN tiene 20 Å (Ángstrom) de diámetro al enrollar-se para formar la estructura nucleosomal; la cromatina seenrolla sobre sí misma y al continuar su empaquetamientoforma lazos que logran alcanzar el diámetro de unacromátida. En el empaquetamiento de los cromosomasintervienen también las proteínas no histónicas y el ARN.

La figura 66 muestra la forma de compactación delADN dentro de la célula y de cómo una molécula tan grandey larga se empaqueta en la estructura simple de un cro-mosoma.

Estudio morfológico de los cromosomas

La función de los cromosomas es conservar, transmitir yexpresar la información genética que contienen. Las al-teraciones en la forma, tamaño y distribución de los mis-mos influyen en la aparición de células anormales yconsecuentemente en la aparición de individuos concaracterísticas genéticas alteradas.

El estudio morfológico y numérico de los cromosomases muy importante porque permite detectar estas ano-malías.

El cariotipo de una especie es la caracterizaciónmorfológica de sus cromosomas en una etapa específicade la división celular (metafase mitótica), donde se anali-za el número, tamaño y forma de los cromosomas.

Para hacer un cariotipo es necesario tomar las célu-las en la fase de la división celular, donde son visiblestotalmente los cromosomas (metafase). Las células sonteñidas con colorantes apropiados y los cromosomas sehacen evidentes. Se realiza una fotografía al microscopioóptico y en la misma se observan los cromosomas.

A partir de la foto realizada, los cromosomas son re-cortados y ordenados según su tamaño y forma, son tam-bién colocados en parejas sobre una superficie determi-nada. Esta representación gráfica simplificada del cariotipooriginal, con un determinado orden en los cromo-somas,se le denomina Idiograma.

El hombre posee una dotación de 46 cromosomas, delos cuales 44 son denominados autosomas y 2 son loscromosomas sexuales, los cuales se distinguen de losotros por su tamaño y forma, y se denominan cromosoma“X” y cromosoma “Y” .

Los investigadores en 1905 se sorprendieron al en-contrar que las células somáticas tomadas de donantesfemeninas siempre contenían dos copias del cromosoma“X», mientras que las células somáticas tomadas delmasculino siempre contenían una copia del cromosoma“X” y otra del cromosoma “Y” . Todos los otros cromo-somas en las células nucleadas, del hombre y la mujer,eran iguales.

Respecto al sexo, la dotación de las hembras y losmachos es:

Mujeres: 44 autosomas + XX (cromosomas sexuales) = 46Hombres: 44 autosomas + XY(cromosomas sexuales) = 46

El cariotipo de una célula humana permite la repre-sentación de sus cromosomas, obteniéndose 22 paresde autosomas de diferentes tamaños y formas y un parde cromosomas sexuales X y Y. En la figura se observa elidiograma de una célula humana masculina.

Fig. 67. Microfotografía de células metafísicas de ovario del mosquito Anopheles gambiae.

Fig. 68. Ideograma de cromosomas humanos. De una fotose recortan cada uno de los cromosomas, se agrupan deacuerdo a su tamaño, forma y bandas de tinción y se identi-fica cada pareja de homólogos.


División celular. Mitosis

La división celular es el fenómeno por el que una célulaorigina dos células hijas, a este proceso de división celu-lar se le denomina mitosis. El núcleo de la célula se divi-de por un proceso conocido como cariocinesis y el cito-plasma por otro proceso denominado citocinesis.

El proceso de división celular para su estudio puedesepararse en dos etapas: una primera es cuando la célu-la está aparentemente en reposo, es decir, no está divi-diéndose, sino que se está preparando para la división(interfase); y la segunda etapa es la que se correspondecon la división celular y el origen de las células hijas.

Interfase

Es la primera etapa donde la célula se encuentra en unestado de alta actividad metabólica, ya que sus compo-nentes se están duplicando y se realiza un intercambioactivo con el medio circundante, por eso se plantea quees una etapa de reposo aparente. Aquí el núcleo se pre-senta como un pequeño cuerpo limitado por una membra-na y la sustancia del interior del núcleo (cromatina) seobserva como una red filamentosa. En el exterior del nú-cleo se encuentra un pequeño corpúsculo que irradia fi-nas líneas llamadas microtúbulos.

Etapas de la división celular

Cuando se acerca el momento de la división celular y seinicia lo que se ha llamado segunda etapa, la forma de lacélula sufre cambios. En esta se divide para su estudioen diferentes fases en las cuales ocurren fenómenos muyimportantes dentro del núcleo y en la propia célula. Todasestas fases pueden ser observadas mediante microsco-pio óptico. A este fenómeno se le conoce como mitosis.

Se distinguen, de forma general, seis fases que sedenominan: profase, prometafase, metafase, anafase,telofase y citocinesis. En cada una de ellas se observa elcomportamiento de los cromosomas en el núcleo celulary lo que ocurre en la célula durante la división.

Profase:

La cromatina comienza a condensarse y se observan loscromosomas hasta ahora no visibles en el núcleointerfásico (recuérdese que lo que se observaba era lacromatina en forma de una red filamentosa).

Al final de esta fase desaparecen el nucleolo y la mem-brana nuclear. Los cromosomas se condensan cada vezmás en el núcleo y se observan con sus dos cromátidashermanas. En el citoplasma se organiza un haz demicrotúbulos constituidos principalmente por proteínas,que van a disponerse de polo a polo de la célula, forman-do lo que se denomina huso mitótico o huso acromático.

Prometafase:

Los cromosomas se unen por el centrómero a las fibrasdel huso y comienzan a ordenarse y alinearse en la zonadel ecuador de la célula denominada placa ecuatorial.

Fig. 69. Microfotografía y esquema de una célula de tejidovegetal en división mitótica. Profase.

Metafase:

Se presenta el máximo empaquetamiento de loscromosomas, por lo que puede observarse su morfologíade forma clara al microscopio óptico. Es la fase ideal paraestudiarlos. Estos se disponen en círculos sobre la placaecuatorial, con los centrómeros perfectamente orientadospara asegurar la correcta separación en la fase siguiente.

Anafase:

Fig. 70. Microfotografía y esquema de una célula de tejidovegetal en división mitótica. Metafase.

Comienza la separación de las cromátidas hermanas ha-cia los polos de la célula a través de las fibras del huso yde este modo, si todo ocurre normalmente, cada polo reci-be tantas cromátidas como cromosomas poseía la célula,por lo tanto, el mismo contenido genético, con lo que man-tiene constante el número cromosómico de la especie.

Fig. 71. Microfotografía y esquema de una célula de tejidovegetal en división mitótica. Anafase.

Telofase:

Las cromátidas han llegado a los polos de la célula, lamembrana nuclear se reconstruye alrededor de las mis-mas, los nucleolos vuelven a formarse y las cromátidasse desempaquetan paulatinamente. El resultado es unacélula con dos núcleos totalmente formados uno en cadaextremo.

Fig. 72. Microfotografía y esquema de una célula de tejidovegetal en división mitótica. Telofase.

Citocinesis:

El citoplasma de la célula madre queda distribuido entrelas dos células hijas y estas se independizan mediante laseparación física. Los orgánulos celulares, como lasmitocondrias y los cloroplastos, tienen que repartirse equi-tativamente entre las células hijas.

Un cromosoma en esta fase permite observar la mor-fología o forma típica de los mismos, la cual no es igualpara todas las especies. En la figura 64 se muestra uncromosoma metafásico con sus brazos, sus cromátidasy el centrómero. Los extremos del cromosoma se deno-minan telómeros y le dan estabilidad estructural al mis-mo, ya que se ha comprobado que cuando un cromosomalos pierde, se fusiona consigo mismo o con otros cromo-somas originando anomalías. Se conoce que el cambio oacortamiento de los telómeros está relacionado con elproceso de envejecimiento y con algunos problemas he-reditarios como la vejez prematura en niños.

mos presentan un número definido de cromosomas quees típico para la especie.

Hay organismos como la mosca Drosophila melano-gaster que tiene ocho cromosomas, distribuidos en 4 pa-res, el hombre tiene 46 distribuidos en 23 pares, el pollotiene 78, el tomate tiene 24 y la manzana 34 cromosomas.En todos estos casos se observan que los cromosomasse presentan en parejas y se define que el númerocromosómico es 2n, donde n es el número que represen-ta la mitad de los cromosomas de la especie. Cada parde la pareja de cromosomas proviene de un parental (ma-dre y padre), por lo que los cromosomas aparecen en doscopias y por eso es 2n. A estos individuos se les llamadiploides.

En una fase específica de la división celular (metafase)se cuenta el número de cromosomas, este varía de espe-cie a especie y eso es constante dentro de las células deun mismo individuo, de forma tal que todos los organis-

Número de cromosomas

Existen organismos como las algas verdes y otros másprimitivos, que no tienen los distribución cromosómica enparejas y se presentan los cromosomas solos en unasola copia, por eso son n. Estos cromosomas provienendirectamente del parental y se les llama haploides.

Fig. 73. Esquema de la formación de un cigoto 2n por launión de 2 gametos con número n de cromosomas en losorganismos diploides.

Fig. 74. Esquema de la formación de dos células hijashaploides por reproducción asexual.

En los individuos haploides ocurre la reproducciónasexual, donde no hay formación de gametos y la divisióncelular siempre ocurre por mitosis. En los individuosdiploides ocurre generalmente la reproducción sexualmediante la formación de gametos que se unen para for-mar un cigoto o huevo y de ahí se desarrolla un nuevo ser.Estos gametos son de constitución cromosómica n ydespués de su unión se forma un cigoto de constitucióncromosómica 2n. El nuevo ser se originará por divisiónmitótica de este cigoto 2n.

Como se conoce, los organismos de reproducciónsexual tienen células somáticas y células germinales.

Las células germinales o gametos, que tienen consti-tución cromosómica n, se originan por un tipo especial dedivisión que se denomina meiosis. Dicho de otro modolos espermatozoide, los óvulos y el polen tienen constitu-ción cromosómica n y cuando se produce la fecundación,es decir la unión del espermatozoide y el óvulo en losanimales o la unión del núcleo espermático/polen y elóvulo en las plantas, se origina un cigoto o huevo 2n quesería la primera célula del nuevo ser a partir de la cualcomenzará por mitosis a crecer el nuevo individuo.

División celular. Meiosis

Las células sexuales o gametos comenzaron a estudiar-se en 1890, y se descubrió que en ellas se encontrabanla mitad de los cromosomas que contenían las demáscélulas del organismo (células somáticas).


En 1905 se describe el origen de los gametos y seobservó que en el período de maduración se producía unadivisión donde los cromosomas se reducían a la mitad. Aeste proceso se le llamó meiosis, y en este caso, las célu-las sexuales originadas son haploides (n) comparadas conel resto de las células del organismo diploide (2n); porejmplo, un espermatozoide humano tiene 23 cromosomasy una célula somática humana como en el caso de la piel,del estómago, del músculo y otras, tienen 46 cromosomas.

¿Por qué ocurre que en la formación de las célulasgerminales o gametos, el número de cromosomas se re-duce a la mitad?

La respuesta a esta pregunta es muy sencilla. Lascélulas germinales o gametos tienen que unirse para pro-ducir un nuevo organismo, que debe poseer en todas suscélulas, el número de cromosomas de la especie.

Fig. 75. Esquema de la formación de un cigoto 2n por launión de 2 gametos con número n de cromosomas en unorganismo diploide.

Si las células germinales llevaran el número decromosomas de la especie (es decir, donde el número decromosomas no hubiera sufrido una reducción a la mi-tad), al fusionarse o unirse se formaría un cigoto o huevocon el doble del número de cromosomas de la especie.

Fig. 76. Durante la fecundación en los animales nunca seunen dos gametos diploides.

Se sabe que el número de cromosomas debe mante-nerse inalterable, ya que solo el poseer un cromosomade más origina individuos con anomalías, que son conoci-das como aberraciones cromosómicas.

¿Cómo es que ocurre la formaciónde las células germinales o gametos?

En la primera etapa de la meiosis (meiosis I) se separanlos cromosomas homólogos que se habían apareado, yen la segunda (meiosis II) se separan las cromátidas hu-manas. Una vez terminadas estas divisiones, las cuatrocélulas que se generan contienen cada una un juegohaploide de cromosomas.

Durante este proceso ocurren fenómenos genéticospeculiares, entre ellos el apareamiento de los cromosomashomólogos y la recombinación homóloga (entrecruzamien-to que origina variabilidad). Para que se produzca lo ante-rior es necesario que ocurran las divisiones meióticas I yII, precedidas de la interfase. Para ver en detalle este pro-ceso se seleccionará para su desarrollo un ejemplo encélulas humanas.

Interfase premeiótica

Esta fase es necesaria, ya que las células germinales sevan a originar a partir de células especiales que poseen elcontenido cromosómico de la especie, es decir 2n. Enesta fase ocurre la replicación semiconservativa del ADN.Se inicia la interfase al acabar la telofase de la últimamitosis premeiótica, y en general las células aumentande tamaño con cambios apreciables en el citoplasma.

Se denomina así a la divisiónreduccional, porque en ella ocurre ladivisión del número de cromosomasa la mitad.Consta de la profase I, que es la etapade mayor duración y la más compleja,en la cual ocurre el entrecruzamientoentre los cromosomas y comúnmen-te se divide en cinco subetapas: lepto-teno, cigoteno, paquiteno, diploteno ydiacinesis (Ver figura 77).

Leptoteno (del griego leptos: del-gado): Los cromosomas aparecenmuy filamentosos y delgados comouna fina malla o red en el núcleo, ya se ha duplicado suADN durante la fase S de la interfase, y por ello poseendos cromátidas hermanas cada una.

Cigoteno (del griego zygon: pareja): Los cromosomashomólogos replicados (recuerde que ya están formadas lascromátidas hermanas) se aproximan y comienza su sinapsiso unión. A la estructura resultante se le denomina Bivalente.Así alineados mediante la sinapsis, constituyen parte delcomplejo sinaptonémico al que, además, contribuyen pro-teínas básicas y un componente de ácido ribonucleico comocomponente central y otras estructuras.

Continúa el proceso de condensación de los cromo-somas y así finaliza la replicación del ADN.

Paquiteno (del griego pachys: grueso): Los cromo-somas se acortan aun más y se completa el apareamien-to de los homólogos, entonces se hacen más evidenteslos bivalentes. Los complejos sinaptonémicos están com-pletamente formados. En esta fase ocurre el fenómenode entrecruzamiento, es decir, que un fragmento de unacromátida puede intercambiarse con otro fragmento de lacromátida del homólogo, de forma tal que se origina unacombinación de caracteres entre los cromosomas mater-nos y paternos. A este fenómeno se le denomina entre-cruzamiento o recombinación.

Diploteno (del griego diploos: doble): Los cromosomasestán condensados, de forma tal que pueden observar-se a través del microscopio óptico, los puntos de sobre-cruzamiento son denominados quiasmas (del griegokhiasma: cruz). Los cromosomas homólogos se sepa-ran y se mantienen unidos solo al nivel de los puntos deentrecruzamiento o quiasmas.Diacinesis: los bivalentes continúan condensándose, pier-den su forma alargada y toman una más redondeada, serompe la membrana nuclear, desaparece el nucleolo y seforma el huso mitótico.

Primera división meiótica

Metafase I

Los bivalentes alcanzan su máximo grado de contracción,los centrómeros quedan orientados en los polos de lacélula y se insertan en las fibras del huso. Los bivalentesse alinean en el ecuador de la célula (placa ecuatorial).Las fibras del huso se unen al centrómero de cada par dehomólogos (Ver figura 78).

Anafase I

En esta etapa las tétradas se separan y los cromosomasson arrastrados a los polos opuestos y los centrómerosestán intactos. Se reduce a la mitad el número decromosomas.

Fig. 77. Célula en división meiótica. Profase I

Telofase I

Los cromosomas se agrupan en los polos celulares, peroen este caso cada célula posee un grupo n de cromo-somas (cada cromosoma con sus cromátidas hermanasunidas por el centrómero). Se puede formar o no membra-na nuclear, depende de la especie. En las plantas al finalde la telofase I, las células hijas permanecen unidas den-tro de la pared celular y constituyen la díada. En algunasespecies puede estar ausente esta telofase y de existirestá seguida de una interfase que es diferente a la interfasemitótica (Ver figura 79).

Fig. 78. Célula en división meiótica. Metafase y Anafase I.

Interfase

Puede ser variable en su duración,en muchas ocasiones ni siquieraocurre y la célula entra directamenteen la segunda división meiótica. Adiferencia de la interfase mitótica nohay duplicación del material genético(no hay nueva síntesis de ADN), yaque cada cromosoma posee sus doscromátidas hermanas. Existe otradiferencia, esta consiste en que lascromátidas hermanas ya no songenéticamente idénticas porque haocurrido el fenómeno del entrecruza-miento.

Segunda división meiótica

Es esencialmente una mitosis, porla cual se producen cuatro célulashaploides (n), que presentan loscromosomas con una sola cromátida.Las células están listas para sufrirlos procesos de formación de losgametos femeninos y masculinos.

Profase II

La membrana nuclear se disuelve sise formó durante la telofase y aparecen las fibras del huso

La existencia de un estado difuso al final de la profasede la primera división ha sido observada en algunas espe-cies de plantas y animales. Los cromosomas se extien-den de nuevo y se ven débilmente teñidos.


al igual que en la profase de la mitosis. Aparecen los ncromosomas con sus dos cromátidas unidas por elcentrómero.

Fig. 79. Célula en división meiótica. Telofase I.

Fig. 80. Célula en división meiótica. Profase II.

Metafase II

Es similar a la metafase de la mitosis. Se presentan losn cromosomas contraídos en la placa ecuatorial.

Anafase II

Durante la anafase II se separan hacia los polos lascromátidas hermanas debido a la división del centrómero.Se mantiene el número de cromosomas, pero con unacromátida.

Citocinesis

Ocurre la separación de las cuatro células haploides.

Fig. 81. Célula en división meiótica. Metafase y Anafase II.

Las células sexuales de plantas y animales

No todos los gametos son iguales, se diferencian segúnlas especies. Así los gametos femeninos y masculinospueden clasificarse según su morfología en isogametos

(iso = igual) cuando losgametos femeninos ymasculinos son igua-les, y heterogametos(hetero = diferentes)cuando los gametosfemeninos y masculi-nos difieren. Las espe-cies que presentanisogametos estos tie-nen igual tamaño, for-ma u organización y las especiesque presentan heterogamentos tien-den a desarrollar un gameto femeni-no de gran tamaño y especializadoen la acumulación de reservas parael ulterior desarrollo del cigoto y el

gameto masculino más pequeño, que tiende evolutiva-mente a perder cada vez más citoplasma y a adquirirmayor movilidad.Cuando el gameto femenino ha perdido por completo lamovilidad, se le denomina óvulo u ovocélula, y en el casodel gameto masculino cuando se diferencia morfoló-gicamente del óvulo, se denomina espermatozoide en losanimales y grano de polen en las plantas.

Plantas

En los órganos femeninos de la flor (gineceo), de las cua-tros células haploides obtenidas por meiosis, una de ellascomo resultado de tres divisiones sucesivas, forma el sacoembrionario con ocho núcleos haploides. Este gametofitofemenino crece y los núcleos se disponen de forma ca-racterística, pues en la región micropilar se sitúan las dossinérgidas y la ovocélula, en el otro extremo las tres célu-las antípodas y en el centro los dos núcleos polares.

En los órganos masculinos de las flores de las plan-tas superiores (androceo), los granos de polen obtenidospor el proceso meiótico son uninucleados al principio, perodespués este núcleo se divide por mitosis en uno vegetativoy otro generativo; el primero origina el tubo polínico y el

segundo se divide de nuevo por mi-tosis y forma dos núcleos espermá-ticos, todo lo cual constituye el game-tofito masculino.

Cuando el grano de polen se poneen contacto con el estigma de la flor,comienza su germinación y el con-secuente crecimiento del tubo polí-nico hacia el saco embrionario, apartir del núcleo vegetativo. Una vezque el tubo polínico atraviesa el esti-lo y penetra el saco embrionario porel micrópilo, uno de los núcleos

espermáticos se fusiona con la ovocélula y produce elcigoto diploide (2n), el otro núcleo espermático se fusionacon los núcleos polares para formar el endospermo, quees triploide (3n). El proceso descrito se le conoce comodoble fecundación. El cigoto comienza su desarrollo paraoriginar una plántula y el núcleo endospérmico, se dividepor mitosis para dar origen a un tejido de reserva queservirá para nutrir al embrión, nombrado endospermo.

Fig. 82. Célula en división meiótica. Telofase II.

Fig. 83. Representación gráfica de la formación del embrión(semilla) en las plantas.

Animales

En los animales la formación de los gametos a partir delproceso meiótico, consta de la espermatogénesis, quees el proceso de formación del gameto masculino o es-permatozoide y la ovogénesis, que es la formación delgameto femenino u óvulo.

En la espermatogénesis, los espermatogonios bajociertas condiciones comienzan a dividirse, lo cual se co-noce como fase de multiplicación. Algunas de las célulasresultantes aumentan de tamaño y dan origen a losespermatocitos primarios, que contienen un cromosomade cada par de homólogos, lo cual se denomina procesode maduración.

Como resultado de la primera división de maduraciónse forman los espermatocitos secundarios, los que poruna segunda división originan cuatro espermátidashaploides, las cuales por un proceso de diferenciaciónllamado espermiogénesis se convierten en esperma-tozoides, los que constan de cabeza, pieza media y colao flagelo.

En la oogénesis, los oogonios entran en una etapa derápida proliferación por mitosis, denominada fase de mul-

tiplicación, los que al aumentar detamaño originan los oocitos prima-rios a través de la llamada fase decrecimiento, que es mucho más pro-longada y en ella se acumulan grancantidad de nutrientes.

Los oocitos primarios al comple-tar su crecimiento entran en divisio-nes meióticas, etapa que se conocecon el nombre de fase de madura-ción. Como resultado de la primeradivisión se obtienen el oocito secun-dario y el corpúsculo polar, cada uno

de los cuales sufre la segunda división, por la cual seoriginan cuatro células haploides, de las cuales una solaes funcional, el óvulo. Los corpúsculos polares de de-sintegran.

Fig. 84. Proceso de formación de los espermatozoides.


Fig. 85. Representación gráfica de la formación del óvulo.

Durante la reproducción sexual se unen el óvulo (cé-lula sexual de la madre) con un espermatozoide (célulasexual del padre). Una vez que se ponen en contacto elóvulo y el espermatozoide, ocurre la penetración delnúcleo del espermatozoide en el interior del óvulo, los

dos núcleos se fusionan en el proceso de la fecunda-ción y dan lugar al cigoto, primera célula del nuevo indi-viduo 2n. A partir del cual, bajo las condiciones ade-cuadas, se desarrollará un nuevo individuo por sucesi-vas mitosis.

Fig. 85. Comparación de la formación de espermatozoides y el óvulo en animales.

¿Qué ocurre cuando se altera la estructuradel ADN o cuando se altera el númerode cromosomas en un organismo?

Cualquier cambio o alteración en la estructura del mate-rial hereditario se trasmite a la descendencia originandoindividuos diferentes en las poblaciones, ya sea de plan-tas o de animales. A este fenómeno de alteración de laestructura del ADN se le conoce como mutación, y consti-

tuye la materia prima fundamental de la evolución y unafuente importante de la variabilidad genética, que puedeser expresada en individuos mejor o peor adaptados almedio circundante.

Estos cambios o alteraciones en la estructura del ma-terial hereditario pueden ocurrir durante los procesos dedivisión celular por mitosis y durante el proceso de forma-ción de los gametos. Las alteraciones de la estructuradel ADN que ocurren en la propia molécula en un puntodado del cromosoma, son definidas como mutaciones

puntuales o microlesiones, y alteran por lo general un parde bases nitrogenadas (cambio, pérdida o ganancia), estose ve reflejado en un fenotipo alterado, por ejemplo losindividuos que padecen de anemia semilunar, cuyos gló-bulos rojos tienen forma de media luna y pueden trans-portar por tanto menos oxígeno.

Otro ejemplo de anomalías que afectan la estructura oel número de los cromosomas y que provocan aberracio-nes estructurales en humanos es el Síndrome del Llantode Gato (Cri du Chat), el cual consiste en una deleción, opérdida de un fragmento en el brazo corto de uno de loscromosomas del par número 5 en los humanos.

El síndrome del maullido del gato, fue descrito por pri-mera vez por Lejeune en 1963. Es una enfermedad rara, seestima que tiene una frecuencia de 1/20 000-50 000 naci-mientos y predomina en las niñas. Clínicamente se carac-teriza por retraso mental y del crecimiento, cabezainusualmente pequeña (microcefalia) y aspecto facial ca-racterístico: aumento de la separación de los ojos(hipertelorismo), el canto externo del ojo más bajo que elcanto interno, pliegues (palpebrales antimongoloides), plie-gue de la piel que cubre el ángulo interno y carúncula delos ojos (epicantus), orejas displásicas, (displasia es eldesarrollo anómalo de tejidos u órganos) y mandíbula sub-desarrollada pequeña (de implantación baja y micrognatia).

Al nacimiento, suele llamar la atención el tamaño pe-queño del cráneo, que contrasta con la cara redonda yllena, el bajo peso y el desarrollo incompleto o defectuosode la laringe (hipoplasia), que provoca el llanto característi-co de estos niños que asemeja al maullido del gato.

En animales, un ejemplo donde ocurre una duplica-ción de la información en un cromosoma que origina indi-viduos con un fenotipo alterado respecto al fenotipo salva-je o normal, es el Ojo en forma de barra en la mosca delas frutas (Ojo Barr en Drosophila melanogaster), normal-mente los ojos de estas moscas son rojos y redondo. Elojo en forma de barra es un caso de duplicación en elcromosoma sexual X, que provoca una reducción en eltamaño del ojo y queda en forma de barra.

Fig. 87. La duplicación de la información de un cromosoma enla mosca de la fruta provoca un ojo en forma de barra u ojo Barr.

Otros cambios están relacionados con alteracionesen el número de los cromosomas que se conocen comocambios numéricos, las que pueden afectar a loscromosomas en conjunto, bien aumentando el juego com-pleto de cromosomas, esto se denomina poliploidía, comoocurre, por ejemplo, en muchas células cancerosas y enmuchas plantas o bien disminuyéndolo a la mitad, enton-ces se llama haploidía, o afectando a cromosomas indivi-duales, tanto por exceso (ganancia) como por defecto (pér-dida), ocurre entonces la aneuploidía.

En las plantas hay muchos ejemplos de cambios nu-méricos que proporcionan ventajas o desventajas a losindividuos que lo portan. Todas estas alteraciones estruc-turales o numéricas se encuentran en la naturaleza másfrecuentemente en las plantas que en los animales, yaque estos trastornos del proceso meiótico repercuten demanera más desfavorable en los organismos animales, yademás muchas de las especies de plantas que presen-tan estas aberraciones poseen reproducción asexual oapomixis, escapan así de los problemas de la esterilidad.

En el hombre se presentan casos de pérdida y ganan-cias de cromosomas, tanto en los autosomas como enlos cromosomas sexuales, los cuales influyen negativa-mente en el fenotipo obtenido. Un ejemplo es la Trisomíadel par 21 o G (Síndrome de Down): En este síndrome lacara tiene algunos rasgos semejantes a los grupos


mongoles, de ahí que en el pasado se le llamara, inco-rrectamente, mongolismo. Este es un trastorno genéticoen el que el individuo posee un cromosoma de más, tienetres unidades del cromosoma 21 (trisomía 21), en lugarde los dos normales.

Uno de los gametos (óvulo o espermatozoide) portaen su contenido cromosómico este error producto de queen la meiosis no ocurre la separación de los homólogosdel par 21, y se origina un gameto no reducido de formatal que al ocurrir la fecundación se forma un cigoto o hue-vo que tiene el complemento cromosómico 46+1 (espe-cíficamente en el par 21 hay 3 cromosomas).

Algunas consideraciones históricas sobrela relación entre la conducta de los cromo-somas en la célula y los denominados“factores” de Mendel

Dos años después de la muerte de Mendel se intensificael estudio de los cromosomas y del núcleo mediantemicroscopía. En 1886 August Weismann (1834-1914)publicó su libro El plasma germinal: una teoría de la he-rencia en el que propone un modelo donde asocia la he-rencia y el desarrollo.

Sin embargo, los análisis de los biólogos celulares pos-teriores como Edmund B. Wilson (1856-1939) y Nettie MariaStevens (1861-1912) que descubren de forma independien-te los cromosomas sexuales en 1905, y los que analiza-ban la división celular vieron que había una segregación delos cromosomas igual a la propuesta por Mendel. Ambascosas no fueron asociadas hasta principios del siglo XXcon los trabajos del holandés Hugo de Vries (1848-1935),del alemán Karl Correns (1894-1933) y del austríaco Erichvon Tschermak-Seysenegg (1871-1962). Los grupos de in-vestigación de estos tres científicos redescubren, indepen-dientemente, las leyes de Mendel y asociaron los factoresgenéticos a los cromosomas.

De pronto, las implicaciones del trabajo de Mendel sevolvieron obvias; los cromosomas se comportaban comolas partículas o factores que Mendel describió. Estos es-taban localizados en los recién descubiertos cromosomas,o eran los cromosomas mismos. En 1905 se demostró laprimera característica física resultante de la presencia dematerial cromosómico, la ausencia del cromosoma espe-cífico significaba la ausencia de la característica físicaparticular.

A comienzos del siglo XX, muchos científicos trataronde acoplar los descubrimientos de Mendel y sus postula-dos sobre la herencia con los conocimientos que se te-nían en esa época acerca de la célula y los procesos dedivisión.

Cuando en 1900 De Vries, Correns y Tschermak redes-cubren las Leyes de Mendel, los conocimientos sobre elcomportamiento de los cromosomas en la mitosis brinda-dos por Flemming entre 1879 y 1880, así como de lameiosis aportados por Boveri en 1892, estaban lo suficien-temente adelantados como para comprender que loscromosomas podían constituir la base física sobre la cualse situaban los «factores hereditarios» de Mendel, que mástarde fueron nombrados genes por Johannsen en 1909.

Sin embargo, después de amplias discrepancias entrelos científicos de renombre, fue Sutton entre 1902-1903quien trató de relacionar sus observaciones citológicas conlas conclusiones derivadas del trabajo de Mendel. Sus in-vestigaciones, junto con las de Boveri, constituyen la basecitológica de la teoría genética, dando lugar a la llamadaTeoría Cromosómica de la Herencia o Hipótesis de Sutton-Boveri, cuyos puntos esenciales son:

1. Los genes están situados sobre los cromosomas.2. La ordenación de los genes sobre los cromosomas

es lineal.3. El fenómeno genético de la recombinación es conse-

cuencia del fenómeno citológico de intercambio desegmentos cromosómicos.

Factores hereditarios de Mendel = GENES

V. EL ADN Y LA TRASMISIÓN DE LA INFOR-MACIÓN GENÉTICA DE PADRES A HIJOS

¿Cómo se replica el ADN?: Ciclo celular

Ya se ha explicado cómo en todos los organismoseucarióticos, la replicación de las moléculas de ADN tie-ne lugar en el núcleo, justo antes de la división celular.

Para comprender este aspecto debe hacerse referen-cia al fenómeno que ocurre cuando la célula se divide ysufre una serie de eventos ordenados que se conocen comociclo celular. Este ciclo comprende la interfase y la mitosispropiamente dicha. La interfase comienza cuando una cé-lula antes de entrar en el proceso de división pasa por unaetapa denominada G1, que es un período de crecimientoen el que se sintetizan las proteínas y otras moléculasbiológicas pero el ADN permanece sin replicar.

El inicio de la síntesis del ADN comienza con el perío-do S de la interfase durante el cual el ADN nuclear esreplicado completamente, y cuando la replicación es com-pletada finaliza el período S.

La otra fase por la que pasa la célula se denomina G2y se caracteríza por la síntesis de un grupo de proteínasnecesarias para la mitosis. El final de la etapa G2 marcael fin de la interfase y la célula se encuentra preparadapara comenzar el proceso de mitosis. Al final de la mito-sis dos células hijas han sido formadas.

Fig. 88. Fases del ciclo celular.

Veáse en detalles qué ocurre en el período S del ciclocelular donde la molécula de ADN debe hacer copias fie-les de sí misma para garantizar que las células hijas seanidénticas a las células madres, es decir, la herencia.

Este proceso comienza con la separación de las doscadenas de ADN (polinucleótidos), cada una de las cua-les una vez separadas sirve como plantilla o molde parala copia de una nueva cadena hija que ahora se llamacomplementaria, y se basa en el principio de complemen-tariedad entre las bases de forma tal que si en la cadenamolde existe una guanina se copiará la citosina corres-pondiente. Este es el proceso que garantiza la fidelidadde las copias del ADN.

Así, a medida que la cadena original se abre, cadauno de los nucleótidos de las dos cadenas resultantesatrae al otro nucleótido complementario previamente for-mado por la célula. Los nucleótidos se unen entre sí me-diante puentes de hidrógeno para formar los travesañosde una nueva molécula de ADN.

Los nucleótidos complementarios van encajando ensu lugar exacto y una enzima llamada ADN polimerasa(que se sintetizó en la fase G2) los une enlazando el gru-po fosfato de uno con la molécula de azúcar del siguien-te, para así construir el esqueleto azúcar-fosfato de lanueva molécula de ADN.

Este proceso continúa hasta formar una nueva cade-na de ADN a lo largo de la antigua y se forman dos nuevamoléculas de ADN.

La replicación es la capacidad que tiene el ADN dehacer copias o réplicas de su molécula. Este proceso esfundamental para la transferencia de la informacióngenética de generación en generación. Las moléculas sereplican de un modo semiconservativo, es decir, siemprese mantiene una cadena de la molécula madre de ADN.

La doble hélice se separa y cada una de las cadenassirve de molde para la síntesis de una nueva cadena com-plementaria. El resultado final son dos moléculas idénti-cas a la original.

Fig. 89. Proceso de replicación del ADN es semiconservativo.

El ADN tiene toda la información necesaria para el fun-cionamiento celular y de los caracteres específicos de unaespecie o individuo, por ello es imprescindible que pueda sercopiado con fidelidad para que logre repartirse entre la pro-genie, ya sean células que se regeneran o nuevos indivi-duos de una especie. En el primer caso la replicación serealiza durante el proceso de mitosis, y en el segundodurante el proceso de la meiosis.

Se han emitido muchas hipótesis de cómo se duplicael ADN, pero Watson y Crick formularon la hipótesissemiconservativa que fue posteriormente demostrada porMeselson y Stahl en 1957. Según esta hipótesis, la nue-vas moléculas de ADN duplex (porque era dos cadenas)contienen una hebra de material original y otra nueva.

Experimento de Messelsony Stahl (1957)

Messelson y Stahl partieron de tres hipótesis posiblespara explicar cómo ocurría la replicación exacta de lasmoléculas de ADN. Estas fueron:

••••• Si la replicación fuera semiconservativa, quiere decirque se mantenía una cadena de ADN de la célulaparental.

••••• Si la replicación fuera conservativa, esto quiere decirque se mantiene la molécula parental, y se generandos moléculas de ADN hijas nuevas y exactas produ-ciéndose un ADN completamente nuevo durante lareplicación.

••••• Si la replicación fuera dispersiva de alguna manera sereordenarían en una molécula con una mezcla de frag-mentos nuevos y viejos en cada molécula de ADN.

La hipótesis de replicación semiconservativa del ADNfue propuesta por Watson y Crick desde el punto de vis-ta teórico, teniendo en cuenta el modelo de doble héliceplanteado.


Según este modelo la doble hélice de ADN se separa-ría en sus dos hebras y cada una de ellas serviría demolde siguiendo las reglas de complementaridad de lasbases nitrogenadas para sintetizar otra hebra. Al final delproceso se obtendría dos dobles hélices, cada una conuna hebra vieja y otra de nueva síntesis.

¿Cómo se hace un experimento para seguiro rastrear la síntesis de una moléculabiológica?

Los científicos utilizan, entre otros métodos, lo que sedenomina marcaje de la molécula, esto no es más quehacer que la molécula que se quiere rastrear presentedentro de sus átomos, algunos han adquirido una formamedible por peso, densidad, emisión de luz o por radioac-tividad, entre otros métodos.

¿Qué debe conocerse con anterioridadpara comprender este experimento?

Se debe recordar que los organismos cuando crecen sin-tetizan sus moléculas biológicas a partir de sus fuentes dealimentación. Ya se conoce cuáles son las moléculas bio-lógicas de los organismos vivos, y una de ellas fundamen-tal para la vida es el ADN. Para facilitar la interpretación delresultado de los experimentos en muchas ocasiones seutilizan organismos simples como las bacterias, donde unasola célula asume todas las funciones biológicas del indivi-duo. Es por esto que si se ponen a crecer bacterias en unmedio de cultivo (alimentación), puede estudiarse cómo sesintetizan las moléculas biológicas en el proceso de creci-miento de ese organismo.

Para lograr este propósito, por ejemplo, un cultivo debacterias se crece en un medio nutriente que contengalos elementos necesarios para la síntesis de las molécu-las biológicas como pueden ser: carbono (C), nitrógeno(N), oxígeno (O), fósforo (P), Azufre (S). Estos elementosestán contenidos en las fuentes de carbono como los azú-cares para el caso del C, sales de amonio (NH4) para elcaso del nitrógeno, entre otros.

Las moléculas de ADN tienen átomos de carbono (C),nitrógeno (N), oxígeno (O) y fósforo (P). Es posible en-tender que si se desea seguir o rastrear la síntesis deesta molécula se puede marcar uno de estos elementos.

Por otra parte, la replicación del ADN ocurre una solavez en cada generación celular, recuérdese que luego dela fase S del ciclo celular las células pasan a una fase Ga fin de, entre otras cosas, recuperar energía para la si-guiente fase de la división celular.

Véase que:Si el cultivo de bacterias se crece en un medio que

contiene nitrógeno 14 (N14

), que es el isótopo normal del

nitrógeno, el ADN extraído de estas células que contie-nen todas N

14 cuando se ponen en el gradiente de cloruro

de cesio (CsCl), se ubica en una zona específica delgradiente.

Fig. 90. Disposición del ADN marcado en un gradiente decloruro de cesio.

Si el cultivo de bacterias es crecido en un medio conN

15, que es el isótopo pesado del nitrógeno, el ADN ex-

traído contiene solo N15

y en el gradiente de cloruro decesio (CsCl) se ubica una zona o banda en diferente lugaral cultivo anterior.

Fig. 91. Representación gráfica del experimento de Meselsony Stahl.

En el experimento que explica cómo ocurre la síntesisde ADN, se marcaron los átomos de nitrógeno de las mo-léculas de ADN producida durante el crecimiento del cul-tivo bacteriano.

Veáse en qué consistió este experimento:Meselson y Stahl en 1957 realizaron el experimento

con bacterias. En el mismo las moléculas de ADN fueronmarcadas con un elemento pesado (isótopo pesado delnitrógeno, N15), el cual podía ser seguido mediante sumayor densidad que la presentada por el nitrógeno nomarcado en el gradiente de cloruro de cesio, donde lasmoléculas se distribuyen diferencialmente las de mayordensidad abajo y las de menor densidad arriba.

El cultivo se mantiene creciendo durante varias gene-raciones en un medio con N15. De esta forma se obtieneque el ADN de todas las bacterias del cultivo esté consti-tuido por bases nitrogenadas marcadas con N15 (pesado).Cuando se extrae el ADN de estas bacterias y secentrifuga en gradiente de densidad de CsCl, se observauna sola banda que migra hacia el fondo del tubo (mayor-mente densa).

Fig. 92. Conclusiones teóricas del experimento de Messelson y Stahl.

Posteriormente, las bacterias se ponen a crecer en unmedio que contiene N

14 (normal) como única fuente de

nitrógeno. Se sacan muestras del cultivo a diferentes tiem-pos, se extrae el ADN y se centrifuga en gradiente deCsCl. Se observa la banda correspondiente.

Cuando se ha duplicado aproximadamente la mitaddel cultivo (½ generación), se tendrá dobles hélices, queaún no se han replicado, con ambas cadenas formadaspor N

15 (pesado) y dobles hélices, ya replicadas, con una

hebra vieja (N15

) y otra de nueva síntesis (N14

).Al centrifugar obtendrán dos bandas, una con densidad

correspondiente al N15

(doble hélice vieja, aún no replicada)y otra con densidad intermedia N

14-15 (ADN ya replicado).

La banda de densidad intermedia N14-15

contendrá doblecantidad de ADN que la banda de densidad N

15.

En el tiempo en que ha surgido una generación com-pleta todo el ADN se ha replicado y tendrá una cadenavieja (N

15) y una de nueva síntesis (N

14), al centrifugar se

observará una sola banda de densidad intermedia (N14-15

).En el tiempo de la segunda generación de replicación

se obtendrán moléculas de ADN de doble hélice de densi-dad intermedia (N

14-15) y moléculas de ADN doble hélice

con las dos hebras constituidas por N14. Por tanto, alcentrifugar se observan dos bandas, una de densidad inter-

media (N14-15

) y otra con densidad correspondiente al N14

.Ambas bandas contendrán igual cantidad de ADN (1:1).

Fig. 93. Gráfico que ejemplifica como se sintetizan las nue-vas cadenas de ADN en las “horquillas de replicación”.

Watson y Crick habían pronosticado que la replicacióndel ADN era semiconservativa, de ser así el ADN extraídode las bacterias luego de cultivarlas por una generaciónen N

14 tendría un peso intermedio entre el ADN extraído

del medio con N15

y el del extraído de medio con N14

, yeso fue lo obtenido por los investigadores. Por lo que estemodelo de replicación semiconservativa es aceptado comola forma en que ocurre la duplicación del ADN.

Nociones sobre la replicación del ADN

La iniciación de la replicación siempre acontece en uncierto grupo de nucleótidos, el origen de replicación re-

quiere, entre otras, de las enzimas helicasas para romperlos puentes de hidrógeno, las topoisomerasas para aliviarla tensión en la molécula y de las proteínas de unión acadena simple para mantener separadas las cadenasabiertas.

Una vez que se abre la molécula se forma un áreaconocida como burbuja de replicación, en ella se en-cuentran las “horquillas de replicación”. Por acción delADN polimerasa los nuevos nucleótidos entran en lahorquilla y se enlazan con el nucleótido correspondien-te de la cadena de origen (A con T, C con G). Losprocariotas abren una sola burbuja de replicación, mien-tras que los eucariotas múltiples, en cuyo caso el ADNse replica en toda su longitud por confluencia de las“burbujas”.

Dado que las cadenas del ADN son antiparalelas, yque la replicación procede solo en la dirección 5' a 3' enambas cadenas, numerosos experimentos mostraronque, una cadena formará una copia continua, mientrasque en la otra se formarán una serie de fragmentos cor-tos conocidos como fragmentos de Okazaki. La cadenaque se sintetiza de manera continua se conoce comocadena adelantada y, la que se sintetiza en fragmentos,cadena atrasada.


Para que trabaje el ADN polimerasa es necesaria lapresencia, en el inicio de cada nuevo fragmento, de pe-queñas unidades de ARN conocidas como cebadores,después, cuando la polimerasa toca el extremo 5' de uncebador, se activan otras enzimas que remueven los frag-mentos de ARN, colocan nucleótidos de ADN en su lugary, un ADN ligasa los une a la cadena en crecimiento.

La replicación semiconservativa del ADN se cumpleen todos los seres vivos, aunque tiene algunas diferen-cias; por ejemplo, en el ser humano la síntesis de la nue-va cadena ocurre a una velocidad de 50 nucleótidos porsegundo, mientras que en las células procariotas comolas bacterias ocurre a una velocidad de 500 nucleótidospor segundo.

Se ha podido observar que el fenómeno de la replicacióndel ADN, como otros fenómenos que tienen lugar en losseres vivos, no dependen exclusivamente de ninguna mo-lécula en particular, sino de la acción armónica e integradade cada molécula de la célula durante el cumplimiento delrol que le corresponde en un proceso determinado.

Una vez conocida la molécula responsable de la he-rencia, su ubicación en la célula y su mecanismo dereplicación que garantiza que las células hijas sean idén-ticas a las células parentales, se está en condiciones derelacionar los “factores de Mendel” con los elementosquímicos presentes en la molécula de ADN. Los factoreso caracteres que Mendel estudió están definidos en lacélula, y dentro de ésta en la molécula de ADN.

¿De qué forma se almacena la informacióngenética en la molécula de ADN?

Concepto de Gen

Estos factores que residen en los cromosomas, como lodemostró el científico Thomas Morgan (1866–1945), ga-nador del Premio Nobel en 1908, fueron posteriormentedenominados genes en 1911 por el botánico danésWilhelm Ludvig Johassen (1857-1927), quien utilizó tam-bién por primera vez los términos de genotipo y fenotipo.Gen: Secuencia de ADN o ARN esencial para una fun-ción determinada que puede no ser traducida e inclusotranscrita. Todo gen desarrolla una función en la célula.

Debe recordarse que los cromosomas son largas mo-léculas de ADN y es este el lugar donde se disponen losgenes de forma lineal. En el caso de los organismoseucarióticos, donde la complejidad subcelular es mayor,estas moléculas se localizan en el núcleo, aunque tam-bién puede encontrarse en mitocondrias y cloroplastos,con la particularidad de que este es circular, semejándo-se más al bacteriano que al propio eucariótico, el cualpresenta una disposición lineal.

Esta diferencia es un elemento que ha servido paraelaborar una teoría que propone a mitocondrias ycloroplastos como antiguas bacterias que fueron incorpo-radas a la estructura de las células eucarióticas.

En el caso de las bacterias, el cromosoma es circulary de menor tamaño respecto al eucariótico; este carecede núcleo y la molécula se encuentra incluida en el cito-plasma. Es de destacar que en estos organismos tam-bién se pueden encontrar otras moléculas de ADN deno-minadas plásmidos, en las que existen genes que confie-ren resistencia a antibióticos y otros factores.

Cada gen ocupa en el cromosoma una posición quese denomina locus, por esta razón el término locus serefiere al sitio que ocupa cada gen en el cromosoma. Elmaterial genético es generalmente el ADN, aunque enciertos virus es el ARN quien porta la información.

Debido a que en cada cromosoma el ADN es una mo-lécula continua, alargada, simple y delgada, los genesson parte de ella; y como es una cadena de subunidadesmuy pequeñas que se conocen por nucleótidos, cada genincluye muchos nucleótidos. Los genes en su secuenciade nucleótidos pueden llevar la información (código) parala síntesis de proteínas, que son las moléculas mediantelas cuales el gen ejerce su función, aunque también pue-den existir genes que constituyen sitios que permiten elcontrol de la síntesis de proteínas; de ahí que la informa-

ción que aportan las moléculas de ADN está codificadade forma explícita e implícita.

¿Cómo a partir de la información genéticacontenida en el ADN se obtieneuna proteína?

Los productos inmediatos de un gen son las moléculasde ARN, que como se sabemos es otro ácido nucleicopresente en las células. Estas son copias complementa-rias de ADN, excepto porque en lugar de la basenitrogenada timina tienen la base nitrogenada uracilo, yen lugar de un azúcar desoxiribosa presentan un azúcarribosa. Las moléculas de ARN se generan en un procesode copia de la información del ADN que se conoce comotranscripción (porque se transcribe un mensaje) y se basaen el principio de complementariedad de las bases.

La información genética se organizaen forma de código

La información genética contenida en las secuenciasnucleotídicas del ácido desoxirribonucleico (ADN), inte-gra un mensaje para la síntesis de proteínas. Este men-saje va organizado en forma de código mediante palabrasclaves de tres letras (tres nucleótidos). A éste código sele conoce como código genético, y fue decifrado por elbioquímico estadounidense Marshall W. Nirenberg (1927),quien recibió el premio Nobel en 1968.

Como se conoce una molécula de ADN es una suce-sión de nucleótidos, cada uno de los cuales está formadopor ácido fosfórico, un azúcar, la desoxirribosa y una delas cuatro bases nitrogenadas; tales componentes sonuniversales, o sea, que existen estos mismos en el ADNde todos los seres vivos. Por lo tanto, las diferencias en-tre el ADN de los distintos individuos residen en la propor-ción y orden de los pares de bases nitrogenadas en elADN, son éstas las que establecen la especificidad y di-ferencia para cada individuo.

Del ARN la información tiene que ser llevada a formaruna molécula de proteína, a este proceso se le conocecomo traducción (traduce un mensaje). A este ARN se leconoce como ARN mensajero pues lleva el mensaje parala síntesis de la proteína.

En la síntesis de proteína participan, además, otrosARN, el ribosomal que constituye los ribosomas que for-man las estructuras donde ocurre la síntesis de la proteí-na, y el de transferencia que es el que transfiere losaminoácidos específicos para formar la proteína.

Las proteínas son conocidas como las moléculas dela vida y así, como los ácidos nucleicos, presentan unida-des básicas (nucleótidos) que forman sus largas cade-nas, también en las proteínas existen estas unidadesbásicas que forman su esqueleto y que se denominanaminoácidos.

A diferencia del ADN y el ARN que son moléculasrígidas y alargadas, las proteínas son moléculas muy flexi-bles y pueden adoptar formas muy variadas, en depen-dencia de su secuencia de aminoácidos, esto les permitedesempeñar numerosas funciones en las células.

Como consecuencia de que la secuencia de la proteínaestá codificada en la secuencia del ADN o del ARN, uncambio en estas implica cambios en las proteínas y portanto, se pueden afectar numerosas funciones celulares yoriginar consecuencias impredecibles para el organismo.

En los organismos superiores como son los animalesy las plantas, más que en las bacterias y los virus, lassecuencias no codificadoras superan en número de diezo más a las codificadoras, y las funciones de estas regio-nes son muy poco conocidas. Esto significa que en lagenética no pueden establecerse aún límites precisosrespecto al tamaño de los genes de animales y plantas,ni en su nivel de complejidad.

Fig. 94. Marshall W. Nirenberg en 1968 y en la actualidad.

De acuerdo con ello se considera que el ADN puedeenviar sus órdenes a partir de un alfabeto de cuatro le-tras, representadas por cada una de las cuatro bases,es decir, Adenina (A), Timina (T), Citosina (C) y Guanina(G), agrupadas de tres en tres formando lo que se llamatripletes o codones. Por ejemplo, ATC, AGG, TAA y cadatriplete es una palabra cifrada o señal para un determi-nado aminoácido. Es decir, que se tienen cuatro basestomadas tres a tres, lo que propicia 64 combinacionesposibles.

Fig. 95. Constitución de un triplete o codon.

Con las cuatro bases nitrogenadas (A, T, C, G) sepuede construir un número suficiente de tripletes ocodones, para correlacionarlos con los veinte aminoácidosque forman todas las proteínas. Si la agrupación de estasbases fuera de dos en dos, en lugar de tres en tres, eltotal posible de grupos diferentes fuese de 16 ( 42 = 16),de modo que al existir quedarían cuatro que no formaríanproteínas.

Pero como los grupos son de tres (tripletes) las proba-bilidades de combinación permiten un total de 64 tripleteso codones (43=64); así aparecen más tripletes queaminoácidos existentes. Se ha llegado a demostrar quecada aminoácido puede responder a más de un triplete,por cuya razón se dice que el código o lenguaje genéticoes degenerado.

Los codones o tripletes son universales, es decir, es-pecifican al mismo aminoácido en todos los seres vivos,por ello solamente con tripletes sueltos el lenguaje delADN no podría ser específico. Lo que le da especificidades la forma en que se ordenan los tripletes en el ADN.

El código genético viene a ser un diccionario molecular,que puede compararse con un código de lenguaje escri-to, de manera que las cuatro bases nitrogenadas, paraentenderlo, pueden equiparse con letras, los tripletes po-


drían llamarse palabras de tres letras, y el ordenamientode tripletes que lleva la información para el ordenamientode aminoácidos en la proteína, pueden comparase conuna frase del lenguaje.

Un ejemplo de ordenamiento o sucesión de tripletessería:

Para el ADN: AAA GGC CGA AAC ACG ATTPara el ARN: UUU CCG GCU UUG UGC UAAProteína: Phe Pro Arg Asn Thre Parada

La información del código genético contenida en lostripletes del ADN se transcribe o copia en una informa-ción complementaria en los tripletes de ARN-mensajero(ARNm), y esta se traduce en el orden de determinadosaminoácidos en la proteína, que según sea la disposiciónde estos aminoácidos en la molécula, así será la proteínaespecífica que se forme.

En la figura 96 se representa de forma simplificada cómofluye la información desde el ADN hasta la proteína.

Tabla 9. Representación del código genético.

Alanina (Ala), Arginina (Arg), Asparagina (Asn), Ácido aspártico (Asp), cisterna (Cys), Fenilalanina(Phe), Glicina (Gly), Ácido glutámico (Gln), Glutamina (Glu), Histidina (His), Isoleucina (Ile), Leucina(Leu), Lisina (Lis), Metionina (Met), Prolina (Pro), Serina (Ser), Tirosina (Tyr), Treonina (Thr), Triptófano(Trp), Valina (Val).

Fig. 96. Forma simplificada de cómo fluye la información desde el ADN hasta la proteína.

La replicación, la transcripción y la traducción son proce-sos de copia que ocurren en el organismo y que transcu-rren sobre el principio de complementariedad entre lasbases nitrogenadas, estos garantizan la fidelidad de losprocesos y la estabilidad genética de los individuos. Cuan-

do existen errores en el desarro-llo de estos procesos se produ-cen alteraciones genéticas.

Genes y Poligenes

En los estudios de los seres vivossiempre se observan dos tipos decaracteres básicos: aquellos quevarían de forma cualitativa, comopor ejemplo el color de las flores(rojo, blanco, azul, etcétera) o gru-pos sanguíneos (tipo A, B, O, AB),y aquellos que varían de formacuantitativa o mensurable, comopor ejemplo el peso (5; 9; 6,8 kg)o la cantidad de leche de una vaca(5; 9,8; 12 L). Mendel realizó susfamosos experimentos sobre elguisante eligiendo solo caracterescon variaciones cualitativas (colorde semilla: verde o amarilla, tallosnormales o enanos, etcétera), loscuales respondieron bien a susleyes de la herencia, dichas le-yes se confirmaron después enotras especies de plantas y ani-males, pero siempre referidas acaracteres cualitativos.

Los primeros intentos de investigar si los caracterescuantitativos (como el peso corporal en las gallinas) cum-plían también con las leyes de Mendel, fracasaron (locual incluye también al propio Mendel), por lo que sepensó que estos caracteres no cumplían con estas. Perohubo un genetista sueco nombrado H. Nilson-Ehle queno pensaba así a comienzos del siglo XX. Él estudió elcruce entre variedades de trigo con granos rojo oscurosy con granos blancos, pero no como si fuera un caráctercualitativo, sino como un carácter cuantitativo, al anali-zar la intensidad (que refleja la cantidad de pigmentos)del color en dichos granos. Los resultados de este cru-ce, que después fueron consistentes en posteriores cru-ces con otros caracteres (peso corporal en la gallina,intensidad del color de la piel en los humanos, longitudde la flor en el tabaco), fueron:

••••• La F1 fue intermedia en color (rosado).••••• La F2 presentó toda una gama de intensidad de colo-

res, que iban desde el color de un parental (rojo oscu-ro), al otro (blanco), resultó ser más frecuente el simi-

lar al F1 (rosado).••••• La hipótesis para explicar esta herencia, tan distinta a

la de los caracteres cualitativos y posteriormente con-firmada, planteó que para el carácter color del granoexistían dos genes A y B cada uno con dos alelos, los

alelos A y B que producían una cierta cantidad de pig-mento y los alelos a y b que no producían pigmento.

De esta forma el genotipo de la variedad con granosrojo oscuros era AABB y el de grano blanco aabb, la F1era AaBb y por tanto intermedia, y en la F2 se producíantodas las combinaciones posibles de genotipos (incluyen-do el de los padres) y por tanto de cantidades de pigmen-to. De esta forma el genotipo AABb estaba más cerca delcolor rojo oscuro, y el aaBb más cerca del blanco

La Tabla 10 muestra el cruce de las variedades detrigo que difieren en el color del grano.

Tabla 10. Cruce de las variedades de trigo que difieren en elcolor del grano

Este modelo se ajustaba a las leyes de Mendel y seextendió entonces para explicar otros caracteres con va-riación cuantitativa, encontrándose que en estos casoseran muchos más los genes involucrados; por ello a es-tos genes que afectan los caracteres con variación cuan-titativa se les llama poligenes y a su modo de transmisiónherencia cuantitativa o multigénica.

La diferencia entre genes que afectan caracteres cua-litativos y aquellos que afectan caracteres cuantitativos(poligenes), no está en su modo de herencia, sino en suefecto en el fenotipo y en su interacción con el ambiente,como se ilustra en la Tabla 11.

Tabla 11. Diferencias entre los caracteres cualitativos y cuan-titativos

El estudio genético de los caracteres cuantitativos resul-ta de suma importancia para el hombre por las razonessiguientes:

••••• Prácticamente todos los caracteres de interés eco-nómico que el hombre explota en plantas cultivadas yanimales doméstico (cantidad de frutos/plantas, can-tidad de leche/vaca, resistencia a enfermedades, fer-tilidad, etcétera) son caracteres cuantitativos contro-lados por poligenes.

••••• Los caracteres morfológicos, fisiológicos y conductua-les, normales en los seres humanos (estatura, peso,metabolismo de las grasas, hábitos, personalidad,agresividad, etcétera) son caracteres cuantitativoscontrolados por poligenes.

Genes y Ambiente

El genotipo es el conjunto de los genes de un individuoque, junto con el ambiente donde se desarrolla y vive esteindividuo, determina su fenotipo.

Ya se conoce que el fenotipo es el conjunto de todoslos caracteres morfológicos, fisiológicos y conductuales(macro o microscópicos) que posee un organismo. Cadacarácter de un individuo (color de ojo, pelo, número dehijos) es la expresión particular de ese fenotipo. Puedeentonces escribirse la fórmula básica de la Genética como:

Genotipo + Ambiente = Fenotipo

El ambiente es todo lo que rodea a un organismo y loconforman elementos no vivos como la luz, el calor, elaire y elementos vivos como otros organismos de su es-pecie o de otra especie que interactúan con él.


Cuando se habla de genes específicos no sólo existela influencia de los factores ambientales externos al indi-viduo, sino también los factores internos de dicho indivi-duo, como son, principalmente su edad, sexo y el efectode otros genes de su genotipo.

En el conejo, por ejemplo, existe el gen Ch, para colo-ración “himalaya” que consiste en un patrón de color conlas patas, orejas, cola y cara negras, y el resto del cuer-po blanco. Este gen produce una enzima que sintetiza elpigmento negro, pero sólo en las partes más frías del cuer-po, como son sus extremos, pues se inhibe con el calor.Si las condiciones son normales, el genotipo Ch / Ch pro-duce un conejo “himalaya”, pero si son muy calurosastodos los conejos resultan blancos, y si son muy fríasresultan con un pelaje oscuro. Esto es una expresión dela influencia del ambiente sobre el genotipo que determi-na fenotipos diferentes.

VI. ¿QUÉ SE CONOCE MEDIO SIGLO DES-PUÉS DEL DESCUBRIMIENTO DE LA DO-BLE HÉLICE DE LA MOLÉCULA DE ADN?LA INGENIERÍA GENÉTICA Y LA BIOTEC-NOLOGÍA

Introducción

La segunda mitad del siglo XX se reconoce como la eta-pa del inicio de la Biología Molecular. Esta disciplina delas ciencias biológicas recoge una serie de descubrimien-tos que proporcionaron el conocimiento básico sobre di-ferentes aspectos de la vida, a la vez que crearon lasherramientas necesarias para el desarrollo científico y tec-nológico que ha alcanzado la Biología en la actualidad.Probablemente, el momento más notable en esta cadenade eventos científicos lo constituyó el descubrimiento dela estructura del ADN.

Hoy se conoce, con toda precisión, que el ADN es elelemento del que están compuestos los genes y cromo-somas, y que es la molécula responsable de la herenciaen los organismos vivos.

Como ya se sabe, en 1953 los investigadores JamesWatson y Francis Crick deducen la estructura tridi-mensional de la molécula de ADN. Estos investigadoresse apoyaron en los resultados de cristalografía de rayos Xdescritos por Wilkins y Franklin en 1952.

Otros resultados que fueron imprescindibles para laobtención de la estructura tridimensional, fueron los pre-sentados ese mismo año por Erwin Chargaff, donde sedemuestra que la molécula de ADN tiene la misma canti-dad de las bases nitrogenadas de Adenina (A) y Timina(T), y de Guanina (G) y Citosina (C).

¿Cómo influye en el pensamiento científicoel descubrimiento de la estructura del ADN?

A partir del conocimiento básico de la estructura del ADNse ha logrado un grupo de resultados relevantes, los cua-les impulsaron el desarrollo de la Genética, la Medicina,la Biología Molecular y dieron paso al surgimiento de laIngeniería Genética.

Con el estudio de los compone empiezan a surgir al-gunas sorpresas que desafiaban ideas fuertemente esta-blecidas en la década de los años 60 después del descu-brimiento de la estructura del ADN. Se encontró que losgenes eucarióticos son “discontinuos” y están compues-tos por segmentos que forman parte del ARN mensajeromaduro (exones) y segmentos que se eliminan (intrones).Este proceso de maduración del ARN se denomina corte-y-empalme (splicing).

Algunos virus, como el que produce el SIDA en huma-nos, poseen material genético de ARN que es convertidoa ADN por una enzima llamada transcriptasa inversa. Cuan-do esto ocurre se está en presencia de un retrovirus.

Barbara McClinctock encuentra que hay segmentosdel material genético capaces de moverse de un lado aotro de los genomas de las bacterias (elementosgenéticos transponibles). El material genético es más di-námico y cambiante de lo que se había sospechado.

Pero aparte de estos avances básicos, a finales de ladécada de los años 60, seguía pendiente una de las ex-pectativas abiertas por el descubrimiento de la estructuradel ADN ¿cómo estudiar cada gen por separado, aislán-dolo físicamente de los demás?, ¿cómo determinar susecuencia de bases? En 1969, L. Eron, J. Shapiro y J. Beckwith aislaron ungen por primera vez, un gen entre los 3 000 que tiene labacteria Escherichia coli. Medio siglo después se distin-gue el desarrollo de diferentes metodologías que llevaronal conocimiento actual de los genes:

1. Caracterización de las enzimas ADN polimerasa yADN ligasa.

2. Descubrimiento y purificación de las enzimas de mo-dificación-restricción.

3. Hibridación de ácidos nucleicos.4. Desarrollo de los métodos de secuenciación del ADN

(Sanger y Barrel; Maxan y Gilber). Secuenciación delgenoma de algunos microorganismos, animales yplantas. Secuenciación del genoma humano.

5. Síntesis química de genes y peptidos.6. Reacción en cadena de la polimerasa.7. Clonaje de genes y su expresión en bacterias, levadu-

ras, hongos, células en cultivos de tejidos, plantas yanimales.

Algunas metodologías importantes en el es-tudio de los genes

Enzimas de modificación- restricción

Las enzimas son un complejo de proteínas que actúancomo catalizadores biológicos para inducir cambios quí-micos en otras sustancias sin que exista un cambio so-bre sí mismas. Estas moléculas presentan un alto gradode especificidad por tales sustancias químicas.

En 1962 Werner Arber describe por primera vez lasenzimas de restricción, que más tarde permitirían queNathans y Smiths las purificaran y usaran para la carac-terización de secuencias de ADN. Hoy en día han sidopurificadas y caracterizadas centenares de enzimas derestricción provenientes de distintos microorganismos.

La caracterización de las enzimas de restricción hapermitido desarrollar técnicas refinadas para manipular losgenes. El factor principal en estas técnicas está dado porla capacidad de tales enzimas para producir cortes esca-lonados en sitios bien definidos presentes en las molécu-las de ADN.

Una propiedad interesantede las enzimas de restric-ción es que, en general, reconocen secuencias palin-drómicas, es decir; secuencias que son iguales si se leenen una dirección, o en la dirección contraria. Un ejemplode secuencia palindrómica es el siguiente:

— 5´GAATTC3´—— 3´CTTAAG5´—

Cuando actúa la enzima que reconoce y corta estasecuencia, llamada EcoRI, genera segmentos de ADNcon extremos que se proyectan fuera de la doble cadena:

— 5´G AATTC3´—— 3´CTTAA G5´—

Estos extremos se denominan cohesivos o pegajosos,porque tienden a aparearse nuevamente. En realidad, cual-quier extremo de ADN generado por un corte con EcoRIpuede hibridarse o aparearse con otro extremo generadopor la misma enzima.

Los descubridores de las primeras enzimas de res-tricción se percataron de que su acción sobre el ADN(comúnmente llamada «digestión») producía un conjuntodefinido de diferentes segmentos.

La importancia de este tipo de endonucleasas de res-tricción viene determinada por el hecho de que la mismamuestra de ADN, tratada con uno de estas enzimas, pro-

ducirá los mismos fragmentos, se asume entonces quetodos los sitios de reconocimiento para ese enzima soncortados. Además, pueden construirse mapas físicos(mapas de restricción) que designan el orden lineal de lossitios de restricción sobre un trozo específico de ADN.

Estos mapas de restricción se obtienen al tratar lamolécula de ADN con diferentes enzimas de restricción(uno cada vez), y después con una combinación de ellos.Las posiciones de los sitios de corte se pueden deducirmediante el análisis del tamaño de los fragmentos, loscuales se determinan por electroforesis en gel de agarosa.El mapa de restricción se formula al comparar el tamañode los fragmentos producidos en cada digestión sencillacon aquellos que se obtienen de la doble digestión.

Las endonucleasas de restricción también se puedenutilizar por otros motivos. Cuando dos muestras diferentesde ADN se digieren con la misma endonucleasa de restric-ción que origina extremos pegajosos y posteriormente semezclan, se pueden formar nuevas combinaciones de ADNcomo resultado del apareamiento de bases de los extre-mos. Este es el principio de la clonación de genes para suposterior expresión en diferentes hospederos.

Las enzimas de restricción solas no son suficientesen la clonación ya que cuando se alinean los extremospegajosos, los puentes de hidrógeno de las bases que seaparean no son lo suficientemente fuertes como para man-tener dos moléculas de ADN unidas. Es necesaria la unióninternucleotídica entre el grupo hidroxilo 3' y el grupofosfato 5' de los dos sitios de corte. Este problema puederesolverse usando la enzima ADN ligasa, habitualmentedel bacteriófago T4. Esta enzima cataliza la formación deenlaces fosfodiester entre los extremos de las cadenasde ADN que ya están unidas por el apareamiento de ba-ses de dos extensiones.

Además, la digestión del ADN con endonucleasasde restricción produce una mezcla de varias moléculasde ADN que, después de unirlas a un vector de clonación,originan un número de diferentes construcciones de ADN.Por ello deben utilizarse procedimientos de selección queidentifiquen la combinación de ADN que contenga la se-cuencia de ADN de interés en la célula hospedadora.

Hibridación de ácidos nucleicos

Una propiedad fundamental de la doble hélice es su capa-cidad de separarse en las dos hebras sin necesidad deeliminar los enlaces covalentes. Esto hace posible quelas cadenas se separen y se reúnan en condiciones fisio-lógicas y al ritmo necesario para el mantenimiento de lasfunciones genéticas. La hibridación se basa en el proce-so de unión de dos hebras complementarias de ácidosnucleicos, pero cuyo origen es distinto. Una de ellas seráel ácido nucleico diana y la otra será la sonda empleadapara localizar este ácido nucleico. Precisamente la hibri-dación de ácidos nucleicos constituye una de las meto-dologías más utilizadas en la Biología Molecular. Estastécnicas son las más usadas y confiables para la detec-ción de moléculas de ácidos nucleicos en una mezclacompleja de sustancias de diferente naturaleza.

Dentro de las técnicas de hibridación las más emplea-das son el Southern-blot y el Dot-blot.

El principio de la técnica de Southern consiste en latransferencia del ADN de un gel a una membrana (deno-minada también filtro) que es sometida al proceso de hi-bridación descrito previamente. Es la técnica más usadaen la detección e identificación de fragmentos de ADN.

El método de Dot-blot se basa en la aplicación directadel ADN sobre la membrana. Permite el análisis de unnúmero grande de muestras simultáneamente, y consti-tuye un método rápido, simple y barato.

Las técnicas de hibridación tienen en la actualidad unaamplia aplicación no solo en el campo de las investiga-ciones, sino también utilidad práctica en el diagnósticoclínico.

Las sondas generalmente empleadas en la metodolo-gía son segmentos de ADN o ARN que han sido marca-dos con enzimas, sustratos antigénicos, quimioluminis-cencia o radioisópotos, los que se pueden unir con unaalta especificidad a una secuencia complementaria deácido nucleico. Estas sondas pueden ser dirigidas a un


segmento de ADN o ARN seleccionado, que puede tenerde veinte a miles de bases de largo. Las sondas de me-nos de 50 pares de bases son denominadas oligonucleó-tidos y pueden ser sintetizadas y purificadas con relativafacilidad por instrumentos comerciales actualmente dis-ponibles. Las sondas de oligonucleótidos tienen la venta-ja de hibridar más rápidamente a las moléculas blanco ypueden, bajo ciertas condiciones, detectar el cambio deun nucleótido dentro de una secuencia de ácido nucleico.

La eficacia de hibridación que puede producirse entredos ácidos nucleicos de cadena simple depende de sucomplementariedad.

Fig. 97. Fotografía del resultado de dos técnicas basadas enla hibridización. El Dot Blot y el Southern Blot.

Reacción en cadena de la polimerasa. Historiade la última gran invención que revolucionóla Biología Molecular

Kary Mullis nació en 1944 en Carolina del Norte. En 1972obtuvo un doctorado en bioquímica en la Universidad deCalifornia, Berkeley; de donde pasó a hacer un postdoc-torado de siete años en la Escuela de Medicina de laUniversidad de Kansas. Luego se le ofreció un puesto enla Corporación Cetus, Emeryville, en 1978. A partir deesta etapa concibe la idea del PCR. Según él mismo re-fiere, en 1983, mientras conducía por una carretera desdeSan Francisco con rumbo hacia La Jolla, California, pen-saba en cómo lograr un método sencillo para detectar unsimple cambio de nucleótido en una hebra de ADN, y fueentonces que tuvo la idea sobre el proceso de amplifica-ción molecular que más tarde sería bautizado como Re-acción de Cadena de la Polimerasa (PCR, de las siglasdel inglés Polymerase Chain Reaction).

El proceso del PCR no solo resultó ser la solución asu problema, sino que por su gran versatilidad se convirtióen la solución de infinidad de problemas que existían enla Biología Molecular. Las primeras publicaciones sobreel tema aparecieron entre 1985 y 1986.

La técnica del PCR, que algunos investigadores plan-tean más como un concepto que como una metodología,consiste en amplificar enzimáticamente el número demoléculas de un fragmento de ADN en un tubo de ensa-yo. Esta suerte de “fotocopiado molecular” es exponencialy muy eficiente, de forma tal que en solo minutos o unaspocas horas, se pueden producir millones de moléculashijas de ADN idénticas a partir de una sola molécula ma-dre. Este proceso ha sido comparado, para hacer un sí-mil, a la capacidad de encontrar una aguja en un pajar.

El PCR fue patentado como metodología novedosa porCetus Corporation a mediados de la década de los años80, y en 1992 vendió los derechos de la patente Hoffman-La Roche. En 1993 Kary Mullis fue galardonado con el Pre-mio Nobel de Química por el revolucionario aporte del PCR.

Un aspecto interesante de esta invención está en elhecho de que para desarrollar el PCR no fue necesarianinguna técnica o conocimiento radicalmente nuevo; todossus “componentes” existían desde hacia algunos años; porejemplo, el uso de oligonucleótidos y de ADN polimerasa,por citar solo algunos. La inventiva estuvo precisamente encombinar, de forma armoniosa, elementos conocidos yponerlos a trabajar para resolver un problema específico.

¿Cómo se hace la reacción en cadenade la polimerasa (PCR)?

Supóngase que se pone un ADN nativo (de doble cadena)en el tubo de ensayo, conjuntamente con un oligonucleótidode secuencia complementaria a una zona de ese ADN, yse calienta el tubo. En un par de minutos la molécula deADN se separará en dos hebras de ADN de simple cade-na. Si ahora se baja la temperatura comenzará larenaturalización, y como este es un proceso que es másrápido mientras más pequeño es el ADN a renaturalizar, seformará primero el híbrido de una de las cadenas de ADNcon el oligonucleótido. Si en este momento se añade laenzima ADN polimerasa conjuntamente con los cuatronucleótidos en cantidades suficientes, ese oligonucleótidofuncionará entonces como un cebador o iniciador para quela polimerasa sintetize una nueva cadena de ADN usandola primera como molde (Ver Figura 98).

Hasta este punto es interesante que se haya podidoreproducir la síntesis de ADN desde un punto determinadode este. Lo que realmente fue revolucionario es el añadir,además de ese cebador que hibrida con una de las cade-nas (llamémosle la cadena “a”), otro cebador capaz dehibridar con la otra cadena (la cadena “b”), de forma tal queen el paso de síntesis ambas cadenas son copiadas. Elotro elemento imprescindible para que ocurra el PCR es larepetición de estos tres pasos básicos (desnaturalización,hibridación de los oligonucleótidos y síntesis) muchas ve-ces, lo cual produce entonces el llamado efecto de “reac-ción en cadena”. Este efecto es debido a que en cada ciclo(si se llama ciclo a la ejecución de estos tres pasos, siem-pre en ese orden) se duplican las moléculas de ADN pre-sentes, y por tanto, a medida que avanzan los ciclos elnúmero de nuevas moléculas de ADN va creciendoexponencialmente.

Fig. 98. Los tres pasos básicos del proceso de PCR.

Repercusiones del PCR

De los aspectos que se han visto sobre la reacción encadena de la polimerasa, hay dos características quehacen que realmente sea una metodología revolucionaria:

Clonación de regiones desconocidas del ADN

El PCR se emplea, como ya se había visto, para amplifi-car molecularmente regiones conocidas del ADN. Sinembargo, el empleo de esta técnica en combinación conotras herramientas de uso ya conocidas en la IngenieríaGenética, como son las enzimas llamadas ADN Ligasas,Restrictasas, Enzimas de modificación del ADN, Rever-so-Transcriptasas, entre otras, ha permitido extender eluso de esta metodología para la identificación, caracteri-zación y aislamiento de nuevos genes, tarea esta queantes de la invención del PCR era complicada y tediosa.

Arqueología y antropología molecular

Gracias a la técnica del PCR, se descubrió que aún enrestos biológicos muy antiguos, lograban sobrevivir algu-nas moléculas del ADN de los animales y/o plantas y queesos fragmentos de ácidos nucleicos eran susceptiblesde ser amplificados mediante la técnica del PCR. Losinvestigadores de estas disciplinas contaron con una nuevaherramienta para estudiar aspectos de la genética de lasespecies que habitaron la Tierra hace miles de años. Es-tos estudios se han hecho ya en restos antiguos de hu-manos, animales y plantas.

El último gran refinamiento que tuvo la versión clásicadel PCR, fue la incorporación a la reacción de un ADNpolimerasa resistente al calor, purificado a partir de labacteria Thermus aquaticus, que naturalmente puedesoportar altas temperaturas. Hasta ese momento los in-vestigadores habían estado trabajando con ADNpolimerasa de Escherichia coli, la cual quedaba inactivadatras cada paso de desnaturalización, por lo que era nece-sario añadir nuevamente más enzima en cada ciclo parael paso de síntesis. Ya con la nueva enzima (denominadaTaqPol) todo se podía añadir desde el inicio y hacer sola-mente el ciclado de temperatura, lo cual permitió laautomatización del proceso del PCR.

Actualmente existen equipos llamados termociclado-res capaces de hacer todos los cambios de temperaturarespondiendo a programas introducidos por el investigador.

Las condiciones de ciclado térmico incluyen unadesnaturalización a 94 °C por aproximadamente 1 min,un paso de hibridación por 1 min a una temperatura quedepende de los cebadores (entre 50 y 70 °C), y un pasode síntesis a 72 °C (usualmente 1 min por cada kilobasede la región que se desea amplificar). Lo más usual esque este tipo de ciclo se repita uno tras otro, entre 30 y40 veces, con lo cual se logran niveles de amplificaciónde millones de veces la cantidad de ADN inicial. Aunqueestas son las condiciones básicas, hay muchas variacio-nes en dependencia de cada aplicación en específico.

1. Especificidad: Al emplear cebadores cuya secuencia laescoge el investigador, se garantiza que la síntesis solocomienza en un punto determinado de forma exacta.

2. Potencia: Ya se había visto que en 30-35 ciclos (lo cualsolo toma un par de horas aproximadamente), puedeamplificarse una secuencia específica en millones deveces. Eso permite entonces detectar cantidades pe-queñísimas de la molécula molde, tan pequeñas comouna sola molécula. Este grado de sensibilidad no habíasido previamente alcanzado por ninguna técnica dedetección.

Tecnología del ADN recombinante

La Ingeniería Genética o tecnología del ADN recombinantepuede definirse como el conjunto de técnicas, nacidas dela Biología Molecular, que permiten manipular el genomade un ser vivo y que tiene como objetivo obtener benefi-cios para el hombre de forma económica y segura.

De esta manera la Ingeniería Genética utiliza la tecno-logía del ADN recombinante para fusionar genes convectores y a continuación clonarlos en células huésped.Este proceso permite sintetizar grandes cantidades delos genes aislados y de sus productos.

Elementos esenciales de la técnicade ADN recombinante

• Obtención de fragmentos específicos de ADN (enzimasde restricción).

••••• Ligación ( reasociación covalente) de las moléculas paraobtener hebras continuas de ADN (enzima ligasa).

••••• Mecanismo para introducir al interior de células vivasel ADN recombinante (transformación).

• Mecanismo para asegurar la replicación e identifica-ción de la molécula recombinante dentro de la célula(vehículo molecular).

• Métodos que permitan la identificación de los clonesrecombinantes (moleculares y actividad biológica).

Obtención de plantas mejoradasgenéticamenteGracias a recientes avances en el campo de la IngenieríaGenética los agricultores comienzan a disponer de culti-vos dotados genéticamente no solo con resistencia a losinsectos, sino también a los herbicidas. Estas semillasmejoradas genéticamente tienen el potencial de mejorar laagricultura y proporcionar una calidad medioambiental, alpermitir reducir el uso de pesticidas y el arado.

La aplicación de esta metodología ha permitido la ob-tención de plantas mejoradas que muestran resistencia aenfermedades, a factores abióticos y plantas que expre-san genes de interés de uso industrial o farmacéutico.

Estas técnicas se refinan día a día, y cada vez másespecies ingresan a la lista de plantas mejoradas median-


Repercusión en la Medicina

La Biotecnología Moderna utiliza técnicas de ingenieríagenética, y en los últimos años ha brindado a la sociedaduna serie de productos verdaderamente útiles en el áreafarmacéutica con la obtención por esta vía de fármacos yvacunas. Un buen ejemplo es la producción de insulinarecombinante, ello ha permitido poner a disposición delos pacientes diabéticos insulina exactamente igual a lahormona humana a un precio más accesible, y sobre todo,con una disponibilidad amplia, nunca antes alcanzada.

Estas aplicaciones farmacéuticas de la tecnología deADN recombinante han tenido una amplia aceptación enla sociedad, puesto que el consumidor recibe directamentelos beneficios de los nuevos productos al tener más ymejores medicamentos. Pueden destacarse:

••••• Utilización generalizada de los anticuerpos mono-clonales en el diagnóstico clínico.

••••• La introducción de la vacuna contra la hepatitis.

••••• El empleo de proteínas obtenidas artificialmente paratratar congestiones cardiacas y fracturas.

••••• Utilización de anticuerpos monoclonales para aumen-tar las defensas del cuerpo frente al cáncer y otrasenfermedades.

••••• El empleo del interferon para el tratamiento de deter-minados tipos de cáncer.

En 1996, elaboración del primer mapa del genoma hu-mano, el cual se prevé terminar a finales del 2003 e ini-cios del 2004. Clonación de dos monos a partir de célulasembrionarias.

La información que se obtiene del estudio de las en-fermedades al aplicar las técnicas de la BiologíaMolecular, está revolucionando el diagnóstico y la prác-tica de la Medicina con la posibilidad del diagnósticomolecular antes del desarrollo clínico de la enfermedad.Gran parte de los avances que se han conseguido enestos últimos años en el estudio del proceso de la for-mación de tumores (carcinogénesis), se deben a la in-troducción de la Biología Molecular, especialmente delas técnicas del ADN recombinante y de la reacción encadena de la polimerasa.

Diagnóstico genético

El diagnóstico de enfermedades humanas fue tal vez elproblema inicial que el investigador Kary Mullis quiso re-solver cuando concibió el PCR. El hecho de poder exami-nar en detalle un fragmento de una secuencia de ADN deun individuo, brinda la posibilidad de analizar aquellas re-giones que son responsables de enfermedades genéticasy poder diagnosticar antes de que la persona nazca (diag-nóstico prenatal) o antes de que desarrolle la enfermedadpara tomar decisiones terapéuticas, que aplicadas de for-ma temprana pueden mejorar su salud, o incluso salvarsu vida. Otra posibilidad de extrema importancia para lasalud humana y animal es la detección mediante PCR desecuencias de ácidos nucleicos de virus, bacterias y otrospatógenos que causan enfermedades. Entre la gran can-tidad de ejemplos de sistemas de diagnóstico basadosen el PCR pueden citarse el diagnóstico de enfermeda-des respiratorias y del virus de la Hepatitis C.

Medicina Legal y Ciencias Forenses

El hecho de que el PCR permita determinar una secuenciadeterminada en solo cantidades ínfimas de ADN, unido aldescubrimiento de que todos los individuos tienen regio-nes únicas en el genoma que les permiten diferenciarse delas demás personas, ha posibilitado una revolución cientí-fica en el campo de la identificación personal. Ahora esposible detectar la presencia de una persona específicamediante un simple cabello de esta, o un diente provenien-

Terapia Génica

En septiembre de 1990 se aprobó el primer ensayo clíni-co de auténtica terapia génica a los doctores Blaese,Anderson y colaboradores. En este ensayo se trataba deintroducir el gen que codifica para la enzima adenosindesaminasa (ADA) en niños que padecen una inmunode-ficiencia combinada severa (SCID), son los llamados “ni-ños burbuja”.

Poco tiempo después (febrero de 1991) se autorizótambién el mismo tipo de terapia génica en Italia (Dr.Bordignon y colaboradores en el Hospital San Raffaele deMilán).

En 1995 ambos grupos de investigación publicabanlos resultados de su experimentación clínica, esto mos-tró evidencias sobre la eficacia de la técnica de terapiagénica ex vivo en los “niños burbuja”.

Los avances existentes hasta el momento en terapiagénica y las perspectivas de su futuro, dadas las enor-mes expectativas puestas en este procedimiento, consti-tuyen, sin lugar, a dudas un foco de atención de la Medi-cina del siglo XXI.

El fundamento básico de la terapia génica es, desdeun punto de vista teórico, muy simple: el procedimientoconsiste en introducir el gen responsable de la produc-ción del factor deficitario en el organismo de la personaenferma por una deficiencia genética, a fin de que puedaelaborar esta sustancia con niveles equiparables a losque se alcanzan en una persona normal.

Con esta metodología se trata de combatir la causaprimordial de la enfermedad, el defecto genético, por cuan-to con ello se lograría la curación.

Este planteamiento teórico, que hasta hace tan sólounos años era simplemente un sueño, con el desarrollode la Biología Molecular y la Ingeniería Genética ha co-menzado a traducirse en resultados prácticos, si bien to-davía queda mucho camino por recorrer. Puede ser la for-ma de curación de enfermedades como la diabetes, lahemofilia, entre otras.

Repercusión en otras áreas de la industria

Entre las consecuencias de la aplicación de la IngenieríaGenética en diferentes áreas de la industria se puedendestacar las siguientes:

••••• Empleo de hormonas del crecimiento para aumentarla producción de carne y leche en el ganado vacuno.

••••• Obtención de materiales para la industria del plásticoa partir de microbios.

••••• Obtención de microbios para la extracción de petró-leo del subsuelo y para combatir la contaminaciónpor vertidos de petróleo.

••••• Empleo de microbios para la extracción de metalesen las industrias de tratamiento de desechos.

••••• Creación de nuevas especies de cultivos capaces deelaborar los propios fertilizantes y de resistir la se-quía y las enfermedades, ello reduce en estas áreasagrícolas la utilización de sustancias químicas.

Conclusiones

El descubrimiento de la estructura del ADN (1953) y eldescifrado del código genético (1961) dio lugar en la dé-cada de los años 60 a una serie de investigaciones apli-cadas. La Biología Molecular cobró auge y las tecnolo-gías aplicadas al estudio de las diferentes dimensionesde la vida pasaron a un primer plano. El ámbito más im-portante de la biotecnología pasó a ser desde la décadade los años 70, lo que se denominó Ingeniería Genética.

Los primeros experimentos con éxito de la IngenieríaGenética tuvieron lugar en 1973 después de que en 1972se creara la primera molécula de ADN recombinante enun laboratorio: experimentos de ADN recombinante en quegenes de una especie son introducidos en otra especie yfuncionan correctamente. Así transcurrieron aproximada-mente 20 años para pasar de la investigación básica a latecnología aplicada con éxito.

••••• En 1973 se patentó por primera vez en EE.UU. unatécnica de recombinación genética.

••••• En 1975 se celebra en Asilomar la conferencia don-de se evalúan los riesgos biológicos de las tecnolo-gías de ADN recombinante, y se aprueba una mora-toria de los experimentos con estas tecnologías. Seconvirtió en la primera tecnología regulada desde susurgimiento. En este mismo año se obtienen por pri-mera vez los hibridomas que producen anticuerposmonoclonales.

••••• En 1976 se fundó Genentech Corporated, primeraempresa de Ingeniería Genética. Empleo de la hormo-na del crecimiento, obtenida artificialmente, para el tra-tamiento del enanismo. Uso del interferón para el tra-tamiento de algunas enfermedades víricas.

••••• En 1977 se fabricó con éxito una hormona humanaen una bacteria. Los científicos desarrollan las prime-ras técnicas para secuenciar con rapidez los mensa-jes químicos de las moléculas del ADN.

••••• En 1978 se clonó el gen de la insulina humana en labacteria Escherichia coli.

••••• En 1980 se obtuvo la primera patente de microbiosobtenidos mediante ingeniería genética.

••••• En 1981 se logró el primer diagnóstico prenatal de unaenfermedad humana por medio del análisis del ADN.

••••• En 1982 se creó el llamado “superratón” insertando elgen de la hormona del crecimiento de una rata enóvulos de la hembra del ratón fecundados.

••••• En 1983 se inventó la técnica PCR, que permite repli-car (copiar) genes específicos con gran rapidez.

••••• En 1984 la creación de las primeras plantas trans-génicas.

••••• En 1985 se inició el empleo de interferones en el tra-tamiento de enfermedades víricas.

••••• En 1985 se utilizó por primera vez la “huella genética”en una investigación judicial en Gran Bretaña.

••••• En 1986 se autorizaron las pruebas clínicas de lavacuna contra la hepatitis B obtenida mediante inge-niería genética.

••••• En 1987 se realizó una propuesta comercial para es-tablecer la secuencia completa del genoma humano,y se comercializó el primer anticuerpo monoclonal deuso terapéutico.

••••• En 1988 se patentó por primera vez un organismoproducido mediante ingeniería genética.

••••• En 1989 se inició la comercialización de las primerasmáquinas automáticas de secuenciación del ADN.

••••• En 1990 se realizó el primer tratamiento con éxitomediante terapia génica en niños con trastornosinmunológicos (“niños burbuja”). Se pusieron en mar-cha numerosos protocolos experimentales de terapiagénica para intentar curar enfermedades cancerosasy metabólicas.

••••• En 1994 se comercializó en California el primer vege-tal modificado genéticamente (tomate) y se autorizaen Holanda la reproducción del primer toro transgénico.

••••• En 1995 se completan las primeras secuencias com-pletas de genomas de organismos: las bacteriasHemophilus influenzae y Mycoplasma genitalium.

••••• En 1996 por primera vez se completa la secuenciadel genoma de un organismo eucariótico, la levaduracervecera “Saccharomyces cerevisiae”. Por otra par-te, el catálogo de genes humanos que Victor McKusicky sus colaboradores de la Universidad John Hopkinsactualizan cada semana, contiene ya más de 5 000genes conocidos. El proyecto Genoma, coordinadopor HUGO (Human Genome Organization).

••••• En 1997 se realizó la clonación del primer mamífero,una oveja llamada Dolly.

te ingeniería genética. La propia tecnología incrementa suspropias posibilidades, lo que demuestra el enorme alcanceque presentan para el desarrollo de la agricultura y otrossectores relacionados. Las aplicaciones de la ingenieríagenética en plantas fueron explicadas en detalles en elcurso anterior de Biotecnología para todos (ver tabloide).

te de un enterramiento antiguo, o cualquier otro tipo demuestra biológica en cantidades ínfimas. Esto se logra me-diante la amplificación mediante el PCR de ciertas regio-nes específicas del ADN, llamadas regiones hipervariables,que como su nombre indica, varían mucho entre individuosy son por lo tanto única para cada persona. En la actuali-dad se han publicado gran cantidad de artículos científicosque demuestran la utilidad del PCR para estos propósitos.

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Í N D I C E - Red Cubana de la Ciencia · vi.¿quÉ se conoce medio siglo despuÉs del descubrimiento de la doble hÉlice de la molÉcula de adn? la ingenierÍa genÉtica y la biotecnologÍa