Genética Humana

Caracteres Hereditarios 

Entre nuestros amigos no hay dos iguales, hay rubios y morenos, altos y bajos, con pelo liso o rizado, con ojos claros u oscuros. Además, comparten estos caracteres con su familia. En este tema se indicara  por qué somos diferentes y cómo se transmiten estas diferencias de padres a hijos. En la siguiente tabla podemos ver algunos caracteres hereditarios en el hombre. Observa el carácter de dominante o recesivo. Los distintos genotipos y fenotipos te pueden ayudar para realizar los problemas de genética.

Cromosomas y cariotipo

De los 46 cromosomas que tienen nuestras células, 44 son iguales en ambos sexos, se agrupan en 22 parejas de autosomas. La otra pareja son los heterosomas o cromosomas sexuales; XX para la mujer y XY para el hombre, siendo la pareja que determina el sexo. El cromosoma Y es más pequeño y contiene menos genes que el cromosoma X. El cariotipo es el ordenamiento de los cromosomas metafásicos, de acuerdo con su tamaño y morfología. Mediante el cariotipo se pueden analizar anomalías numéricas y estructurales. En esta imagen tienes representado un cromosoma con sus partes más significativas. En el cromosoma inferior podemos apreciar en su interior la cromatina muy condensada, recuerda que la cromatina es realmente la molécula de ADN superespiralizada. El cromosoma solamente tiene este aspecto durante la mitosis.

Observa que está formado por 23 parejas de cromosomas y se caracterizan porque tienen distinto tamaño y forma según la situación del centrómero. Hay 22 parejas de autosomas y una pareja de cromosomas sexuales o heterosomas. En este caso, corresponde al cariotipo de un varón porque la pareja de cromosomas sexuales es XY.

Herencia del sexo 

-Como se hereda el sexo:

Cuando se forman los gametos, los dos cromosomas sexuales se separan, de tal forma que sólo irá un cromosoma sexual a cada gameto. En el caso de los espermatozoides, la mitad tendrá el cromosoma X y la otra mitad el cromosoma Y. Todos los óvulos tendrán un cromosoma X. Al producirse la fecundación, si es el espermatozoide que lleva el cromosoma X el que se une al óvulo, dará origen a una niña. Si el espermatozoide que interviene en la fecundación es el que lleva el cromosoma Y, será un niño el que se origine. Observa estos dos detalles:

● el sexo del hijo está determinado por el padre

● existe la misma probabilidad 50% de tener un niño o una niña

Enfermedades Hereditarias

Fibrosis  quística :

Es una enfermedad que provoca la acumulación de moco espeso y pegajoso en los pulmones, el tubo digestivo y otras áreas del cuerpo. Es uno de los tipos de enfermedad pulmonar crónica más común en niños y adultos jóvenes. Es una enfermedad potencialmente mortal.

Causas :

La fibrosis quística (FQ) es una enfermedad hereditaria. Es causada por un gen defectuoso que lleva al cuerpo a producir un líquido anormalmente espeso y pegajoso llamado moco. Este moco se acumula en las vías respiratorias de los pulmones y en el páncreas. 

Esta acumulación de moco ocasiona infecciones pulmonares potencialmente mortales y serios problemas digestivos. Esta enfermedad también puede afectar las glándulas sudoríparas y el aparato reproductor masculino.

Síntomas :

·         Retraso en el crecimiento.

·         Incapacidad para aumentar de peso normalmente durante la niñez.

·         Ausencia de deposiciones durante las primeras 24 a 48 horas de vida.

·         Piel con sabor Salado.

Introducción a la Biología Celular

Dominios de la vida :

El sistema de tres dominios es una simbolización biológica licitación por Carl Woese y 

colaboradores en 1977, que numera el árbol de la vida en tres grupos en la categoría más alta: Bacteria (en sentido restringido, excluyendo archaeas, a diferencia de la hasta en ese momento concepción del grupo), Archaea yEucarya. Woese se basó en las diferencias encontradas en la secuencia del ARN ribosomal de la subunidad menor, para concluir que estos grupos se desarrollaron por separado de un progenitor común llamado progenota.

Las Arqueas, Archaea son un Dominio de procariotas fascinador y enigmático. La disputa de su sitio filogenética continua hasta nuestros días con cada nueva prueba que se descubre sobre ellas. Son un grupo muy antiguo, del que se han encontrado evidencias químicas de unos 3.500 millones de años. Evolutivamente a caballo entre bacterias y eucariotas, poseen rasgos de ambos tipos de células sin poder clasificarse en ninguno de los dos. Es por eso que desde 1977 cuando el Dr. Carl Woese propuso un sistema de clasificación biológica en tres dominios (en lugar de los dos dominios clásicos: Bacteria y Eukarya) pasaron a estar separadas de las bacterias, con las que habían compartido Reino hasta entonces. Así pasaron a diferenciarse Bacterias por un lado, separadas evolutivamente de Arqueas y Eucariotas, que a su vez se separaron más tarde. Esta clasificación se hizo mediante la comparación del RNA ribosomal 16S, que actualmente es ampliamente utilizado para la comparación de especies de todos los filos.

Bacteria :

La palabra bacteria procede de un término griego que significa “bastón”. Se trata de un microorganismo unicelular procarionte que puede provocar enfermedades, fermentaciones o putrefacción en los seres vivos o materias orgánicas.

Por tratarse de células procariotas, carecen de núcleo u orgánulos internos. Por otra parte, aunque el término proviene de bastón, las bacterias pueden tener forma de barra, esfera o hélice.

Las bacterias se pueden clasificar en diversos grupos partiendo de un criterio distinto. Así, por ejemplo, si partimos de lo que es su forma nos encontramos con el hecho de que existen cuatro tipos claramente delimitados:

Bacilos. Son las bacterias que se definen por ser alargadas y porque tienen la posibilidad de ser curvas o rectas. De la misma forma, hay que subrayar el hecho de que pueden contar o no con flagelos.

Leptothrix. De gran tamaño son las que se enmarcan bajo esta denominación y tienen como principal seña de identidad que pueden presentar filamentos llamados tabicados.

Espirilos. En este caso bajo dicha categoría se incluyen las bacterias que tienen una apariencia curva helicoidal.

Cocos. Las bacterias que reciben dicho nombre son aquellas que poseen forma redondeada y cuentan con la posibilidad de que pueden presentarse aisladas, en pares o bien en forma de cadena arracimada.

Eucariota:

Se llama célula eucariota o eucarionte del griego eu verdadero y karyon  nuez o nucleo  todas las clulascon un nucleo celular delimitado dentro de una doble capa lipidica, la envoltura nuclear , la cual es porosa y contiene su material hereditario, fundamentalmente su informacion genetica .

Las células eucariotas son las que tienen núcleo definido (poseen núcleo verdadero) gracias a una membrana nuclear, al contrario de las procariotas que carecen de dicha membrana nuclear, por lo que el material genético se encuentra disperso en ellas (en sucitoplasma), por lo cual es perceptible solo al microscopio electrónico. A los organismos formados por células eucariotas se los 

denomina eucariontes.

Componentes químicos de la Célula

Se clasifican en :

Compuestos Orgánicos

Compuestos Inorgánicos

COMPUESTOS INORGÁNICOS 

AGUA

El componente químico fundamental del organismo , con unas pocas excepciones ( huesos , diente)

Todos los procesos fisiológicos se llevan a cabo en un medio húmedo.

El 5 por ciento de el agua esta ligada a proteínas y el 95 por ciento esta como agua libre  

  

SALES MINERALES 

La concentración de iones es distinta en el interior de la célula y el medio que la rodea. Así, la célula tiene una elevada concentración de cationes K+ y Mg2+, mientras que el Na+y el cl- están localizados   principalmente en el liquido extra celular. 

Algunos iones  inorgánicos son indispensables como cofactores enzimáticos. Otros forman parte de distintas moléculas. El fosfato, por ejemplo, se encuentra en los fosfolipidos y en en los nucleotidos .   

COMPUESTOS ORGÁNICOS

 ÁCIDOS NUCLEICOS

 Son largas cadenas de nuecleotidos. Un nucleotido esta formado por la unión de una  azúcar base nitrogenada y de un fosfato.

HIDRATOS DE CARBONO 

Son compuestos por carbono, hidrógeno, y oxigeno representan la principal fuente de energía para la célula y son constituyentes importantes de las membranas celulares y de la matriz extracelular . De acuerdo con el numero de monómeros que contienen, se clasifican  en:

MONOSACÁRIDOS:  

Son azúcares  simples. Se clasifican sobre la base del número de átomos de carbono que contienen.

-Triosas 

-Tetrosas

-Pentosas, como la ribosa y la desoxirribosa.

-Hexosas, como: glucosa, galactosa, manosa, fructosa.  

Disacáridos:

son azucares formados por la combinacion de dos monomeros de hexosas como la lactosa(glucosa + galactosa) 

La Célula, componentes, función y estructura

Las células son la base de todos los organismos, ya que todos los seres vivos estamos constituidos por células. Pero la célula y su estructura no se pudieron conocer hasta que no se crearon los artilugios necesarios para verla. Esos artilugios son los microscopios. En 1665 el científico Robert Hooke describió una lámina de corcho que observó al microscopio. Hooke vio una gran cantidad de celdillas a las que llamó células. Posteriormente muchos científicos se han asomado al microscopio y han descrito las distintas estructuras de la célula.

Todas las observaciones realizadas han llevado a la creación de la teoría celular. Esta contiene cuatro conceptos principales: 

*Todos los seres vivos están constituidos por una o más células. 

*Toda célula es la unidad anatómica y fisiológica de los seres vivos. Es la unidad de vida más        pequeña. Toda célula proviene de la división de una célula anterior.  

*Toda célula contiene material hereditario donde se encuentran las características del ser vivo y que serán transmitidas desde una célula madre a sus hijas. 

Esta teoría fue desarrollada por varios investigadores entre los que cabe resaltar a Schwann y Schleiden (1839), Virchow (1885) y Santiago Ramón y Cajal (1906). 

● Membrana plasmática: formada por lípidos , proteínas y una pequeña proporción de glúcidos. Los lípidos se organizan en dos capas e impiden el paso de cualquier sustancia polar. Las proteínas suelen situarse atravesando las dos capas de lípidos creando unos canales por donde se regula el paso de sustancias. Los glúcidos sólo se encuentran en el exterior de la membrana formando una capa que puede captar información del exterior. Es el límite celular, controla el paso de moléculas y recibe los estímulos producidos en el medio. 

Pared celular: es una estructura dura y en algunos casos muy gruesa, formada por glúcidos de tipo Polisacárido, como la celulosa. Es un esqueleto externo que proporciona una forma definida y estable a la célula. También impide que la célula se rompa cuando absorbe mucha agua. En las paredes aparecen pequeños poros para la entrada de agua, nutrientes y gases. Solo aparece en células vegetales. 

● Citoplasma: se encuentra entre la membrana plasmática y el núcleo. En él se encuentran los orgánulos y el citoesqueleto, incluidos en el hialoplasma.

● Citoesqueleto: estructura formada por proteínas. Es el esqueleto celular. La motilidad celular es uno de los grandes logros de la evolución y el citoesqueleto, un sistema de fibras citoplasmáticas, esencial como componente de soporte para este proceso y guía del transporte de organelos intracelulares y otros elementos. Su aparición temprana en la evolución puede comprobarse por la similitud genómica y estructural, en Bacteria y Archaea, de las proteínas MreB y MB1 con la actina de eucariotas. 

 Las células eucariotas tienen la capacidad de organizar movimientos directos para migrar, alimentarse, dividirse y dirigir coordinadamente el transporte de materiales intracelulares. El mecanismo y dirección del movimiento se realiza de diferentes maneras y está asociado con disipación de la energía. Los motores moleculares son los prototipos de máquinas protéicas que transportan organelos a lo largo de microtúbulos y filamentos de actina, convirtiendo la energía libre derivada de la hidrólisis del ATP en movimiento dirigido. Otro tipo de movimiento direccionado y que consume ATP está mediado por el ensamblaje polarizado de polímeros, principalmente actina. 

● Ribosomas: están formado por dos subunidades de ARN y proteínas. Sirven para la construcción de proteínas gracias a la información suministrada por el ARN mensajero. 

● Centriolos: son estructuras cilíndricas huecas formadas por microtúbulos. Organizan la construcción del citoesqueleto, el huso acromático y las estructuras del movimiento, cilios y flagelos. Sólo aparecen en células de tipo animal. 

● Cilios y flagelos: son prolongaciones filamentosas formadas por microtúbulos de proteína rodeados de membrana plasmática. Los cilios son cortos y pueden aparecer cubriendo toda la superficie celular o una determinada zona. Los flagelos son largos y poco numerosos. La función de estas estructuras está relacionada con el movimiento celular o con producir pequeñas corrientes para captar los nutrientes cercanos. 

● Retículo endoplásmico: orgánulo formado por túbulos contorneados y vesículas aplanadas o redondeadas. Se encuentran por todo el citoplasma relacionándose entre si. Su función consiste en sintetizar, transformar, acumular y transportar sustancias. También forma vesículas que darán lugar a otros orgánulos de la célula. Existen dos tipos de retículo endoplásmico: Retículo endoplásmico rugoso, presenta aspecto rugoso por tener asociados ribosomas a la membrana del orgánulo. Su función es producir proteínas que actúen en el interior de una vesícula o en el exterior de la célula. Retículo endoplásmico liso, sin ribosomas. Su función es sintetizar lípidos. 

*Aparato de Golgi: está formado por sacos y vesículas que provienen del retículo endoplásmico. En aparato de Golgi se transforman sustancias producidas en el retículo endoplásmico. También se generan vesículas que pueden unirse a la membrana, liberando su contenido al exterior, o bien dar origen a otros orgánulos.

*Lisosomas: son orgánulos formados por vesículas redondeadas llenas de enzimas digestivas, que realizan la digestión celular. Los lisosomas provienen del aparato de Golgi.

*Vacuolas: vesículas grandes y redondeadas. Acumulan en su interior todo tipo de sustancias, como pigmentos, sustancias de reserva, de desecho y sobre todo agua.

*Mitocondrias:Son orgánulos grandes y ovalados, con doble membrana. La externa es lisa, la interna presenta repliegues denominados crestas. Se presentan en la célula en número variable pero son muy numerosas si la célula necesita consumir mucha energía. El interior de la mitocondria se llama matriz mitocondrial. En la matriz encontramos ADN circular, ARN y ribosomas, como las bacterias. Son capaces de formar proteínas y de dividirse. La función que realizan las mitocondrias es producir la mayor parte de la energía que necesita la célula, mediante procesos de oxidación de materia orgánica. Para ello, utiliza materia orgánica y oxígeno, liberando energía y dióxido de carbono. Este proceso se denomina respiración celular. 

Cloroplastos: Son orgánulos propios de la célula vegetal. Son grandes, con formas variadas y con doble membrana. La externa es lisa y a la interna se le asocian vesículas alargadas llamadas lamelas, sobre estas se depositan vesículas discoidales de color verde denominas tilacoides o granum que contienen pigmentos fotosintéticos. Los tilacoides se agrupan formando pequeñas pilas llamadas grana. El espacio libre de vesículas es el estroma del cloroplasto, donde se encuentra el ADN circular, ARN y ribosomas, similares a las de bacterias. Estos orgánulos tienen capacidad de dividirse y de formar proteínas.Los cloroplastos son orgánulos que utilizan la luz y el agua para transformar materia inorgánica (CO2 ) en materia orgánica (glucosa). A este proceso se le conoce como fotosíntesis. Existen otros tipos de plastos en las células vegetales. Estos orgánulos suelen acumular materia de reserva o sustancias coloreadas. 

El núcleo es la estructura característica de la célula eucariota. Se distinguen las siguientes partes: 

*Membrana nuclear, formada por dos membranas que provienen del retículo endoplásmico. Toda la superficie está salpicada de poros por los que entra y sale información.

*Nucleoplasma, sustancia similar al hialoplasma.

*Nucleolo, es una zona muy densa formada por ADN, ARN y proteínas. Es el lugar donde se forman los ribosomas 

*ADN o material genético, se encuentra condensado en forma de cromatina. El ADN contiene la información genética y controla la actividad celular. 

Ciclo de krebs

El ciclo de Krebs, o ciclo del ácido cítrico o ciclo de los ácidos tricarboxílicos, toma su nombre de su descubridor, Hans Adolf Krebs, un bioquímico alemán premiado con el Nobel en el 1953.

Esta ruta metabólica es la tercera etapa de la respiración celular, el proceso de producción de energía en las células. Forma parte de la respiración aerobia, es decir, se realiza en presencia de oxígeno y se desarrolla entre los procesos de glicolisis y cadena respiratoria. Su fin es la obtención de NADH, una molécula con poder reductor, que se utiliza para la producción de ATP mediante la cadena respiratoria.

El ciclo de krebs tiene 8 etapas :

Reacción 1: Citrato sintasa (De oxalacetato a citrato)

El sitio activo de la enzima, activa el acetil-CoA para hacerlo afín a un centro carbonoso del oxalacetato. Como consecuencia de la unión entre las dos moléculas, el grupo tioéster (CoA) se hidroliza, formando así la molécula de citrato. 

La reacción es sumamente exoergónica (ΔG'°=-31.4 kJ/mol), motivo por el cual este paso es irreversible. El citrato producido por la enzima, además, es capaz de inhibir competitivamente la actividad de la enzima.

Incluso estando la reacción muy favorecida (porque es exoergónica), la citrato sintasa puede ser perfectamente regulada. Este aspecto tiene una notable importancia biológica, puesto que permite una completa regulación del ciclo de Krebs completo, convirtiendo a la enzima en una especie de marcapasos del ciclo.

Reacción 2: Aconitasa (De citrato a isocitrato)

La aconitasa cataliza la isomerización del citrato a isocitrato, por la formación de cis-aconitato. La enzima cataliza también la reacción inversa, pero en el ciclo de Krebs tal reacción es unidireccional a causa de la ley de acción de masa: las concentraciones (en condiciones estándar) de citrato (91%), del intermediario cis-aconitato (3%) y de isocitrato (6%), empujan decididamente la reacción hacia la producción de isocitrato. 

En el sitio activo de la enzima está presente un clúster hierro-azufre que, junto a algunos residuos de aminoácidos polares, liga el sustrato. En concreto, la unión al sustrato se asegura por la presencia de un resto de serina, de arginina, de histidina y de aspartato, que permiten sólo la unión estereospecifica del citrato 1R,2S, rechazando la forma opuesta.

Reacción 3: Isocitrato deshidrogenasa (De isocitrato a oxoglutarato)

La isocitrato deshidrogenasa mitocondrial es una enzima dependiente de la presencia de NAD⁺ y de Mn²⁺ o Mg²⁺. Inicialmente, la enzima cataliza la oxidación del isocitrato a oxalsuccinato, lo que genera una molécula de NADH a partir de NAD⁺. Sucesivamente, la presencia de un ión bivalente, que forma un complejo con los oxígenos del grupo carboxilo en posición alfa, aumenta la electronegatividad de esa región molecular. Esto genera una reorganización de los electrones en la molécula, con la consiguiente rotura de la unión entre el carbono en posición gamma y el grupo carboxilo adyacente. De este modo se tiene una descarboxilación, es decir, la salida de una molécula de CO₂, que conduce a la formación de α-cetoglutarato, caracterizado por dos carboxilos en las extremidades y una cetona en posición alfa con respecto de uno de los dos grupos carboxilo.

Reacción 4: α-cetoglutarato deshidrogenasa (De oxoglutarato a Succinil-CoA)

Después de la conversión del isocitrato en α-cetoglutarato se produce una segunda reacción de descarboxilación oxidativa, que lleva a la formación de succinil CoA. La descarboxilación oxidativa del α-chetoglutarato es muy parecida a la del piruvato, otro α-cetoácido. 

Ambas reacciones incluyen la descarboxilación de un α-cetoácido y la consiguiente producción de una unión tioéster a alta energía con la coenzima A. Los complejos que catalizan tales reacciones son parecidos entre ellos. 

La α-cetoglutarato deshidrogenasa (o, más correctamente, oxoglutarato deshidrogenasa), está compuesta de tres enzimas diferentes:
* Subunidad E1: las dos cetoglutarato deshidrogenasas.
* Subunidad E2: la transuccinilasa. 
(La subunidad E1 y E2 presentan una gran homología con las de la piruvato deshidrogenasa.)
* Subunidad E3: la dihidrolipoamida deshidrogenasa, que es el mismo polipéptido presente en el otro complejo enzimático. 

Reacción 5: Succinil-CoA sintetasa (De Succinil-CoA a succinato)

El succinil-CoA es un tioéster a alta energía (su ΔG°′ de hidrólisis está en unos -33.5 kJ mol-1, parecido al del ATP que es de -30.5 kJ mol-1). La citrato sintasa se sirve de un intermediario con tal unión a alta energía para llevar a cabo la fusión entre una molécula con dos átomos de carbono (acetil-CoA) y una con cuatro (oxalacetato). La enzima succinil-CoA sintetasa se sirve de tal energía para fosforilar un nucleósido difosfato purinico como el GDP. 

La energía procedente del tioéster viene convertida en energía ligada a una unión fosfato. El primer paso de la reacción genera un nuevo intermediario a alta energía, conocido como succinil fosfato. Sucesivamente, una histidina presente en el sitio catalítico remueve el fosfato de la molécula glucídica, generando el producto succinato y una molécula de fosfohistidina, que dona velozmente el fosfato a un nucleósido difosfato, recargándolo a trifosfato. Se trata del único paso del ciclo de Krebs en el que se produce una fosforilación a nivel de sustrato. 

El GTP está implicado principalmente en las rutas de transducción de señales, pero su papel en un proceso energético como el ciclo de Krebs es, en cambio, esencialmente trasladar grupos fosfato hacia el ATP, en una reacción catalizada por la enzima nucleósido difosfoquinasa.

Reacción 6: Succinato deshidrogenasa (De succinato a fumarato)

La parte final del ciclo consiste en la reorganización de moléculas a cuatro átomos de carbono hasta la regeneración del oxalacetato. Para que eso sea posible, el grupo metilo presente en el succinato tiene que convertirse en un carbonilo. Como ocurre en otras rutas, por ejemplo en la beta oxidación de los ácidos grasos, tal conversión ocurre mediante tres pasos: una primera oxidación, una hidratación y una segunda oxidación. Estos tres pasos, además de regenerar oxalacetato, permiten la extracción ulterior de energía mediante la formación de FADH2 y NADH. 

La primera reacción de oxidación es catalizada por el complejo enzimático de la succinato deshidrogenasa, la única enzima del ciclo que tiene como aceptor de hidrógeno al FAD en vez de al NAD⁺. El FAD es enlazado de modo covalente a la enzima por un residuo de histidina. La enzima se vale del FAD ya que la energía asociada a la reacción no es suficiente para reducir el NAD⁺. 

El complejo enzimático también es el único del ciclo que pasa dentro de la membrana mitocondrial. Tal posición se debe a la implicación de la enzima en la cadena de transporte de los electrones. Los electrones pasados sobre el FAD se introducen directamente en la cadena gracias a la unión estable entre la enzima y el cofactor mismo.

Reacción 7: Fumarasa (De fumarato a L-malato)

La fumarasa cataliza la adición en trans de un protón y un grupo OH^- procedentes de una molécula de agua. La hidratación del fumarato produce L-malato.

Reacción 8: Malato deshidrogenasa (De L-malato a oxalacetato)

La última reacción del ciclo de Krebs consiste en la oxidación del malato a oxalacetato. La reacción, catalizada por la malato deshidrogenasa, utiliza otra molécula de NAD⁺ como aceptor de hidrógeno, produciendo NADH. 

La energía libre de Gibbs asociada con esta última reacción es decididamente positiva, a diferencia de las otras del ciclo. La actividad de la enzima es remolcada por el consumo de oxalacetato por parte de la citrato sintasa, y de NADH por parte de la cadena de transporte de electrones.