Por Diana Rodrigues, Élia Decoroso, Elizette Gomes, Filipa Espada, y Maryline Dias. (Del colegio Henriques Nogueira, de Brasil. Año 2005. Traducción de Miguel-A. Cibrián.

Notas del traductor sobre abreviaturas:
ADN = Ácido Desoxirribonucleico. El ADN es la "copia maestra" de la información genética, que permanece en "reserva" dentro del núcleo.
ARN = ARN corresponde a las siglas de ácido ribonucleico. El ARN es la "copia de trabajo" de la información genética.
ARNm = ARN mensajero. El ARN va como un mensajero al citoplasma y allí el ribosoma traduce los genes a proteínas. Por eso, ese ARN capaz de llevar el mensaje desde el núcleo al citoplasma se llama ARN mensajero.
FRDA = Ataxia de Friedreich.
GAA = Repetición anómala del triplete de bases Guanina (G) + Adenina (A) + Adenina (A).

*- "En un determinado momento, una fuerza, de la cual aún no podemos hacernos ninguna idea, despertó en sustancia inanimada las características de la vida". (S. Freud, 1920).

*- "Pretendemos sugerir una estructura para el ácido desoxirribonucleico (ADN). Esta estructura presenta características infrecuentes que se revisten de considerable interés biológico". (James Watson, y Francis Crick, 1953).

*- "Una primera ojeada en el código genético trajo muchas sorpresas. La primera fue que la célula está constituida por cerca de 30 mil genes. Tenemos poco más de doble de genes que la mosca del vinagre, pero esto no significa que seamos el doble más complejos". (Craig Venter).

*- "El código genético es para toda la vida. No hay nada tan personal". (Craig Venter).

*- "Necesitamos la información genética sobre cada persona para hacer previsiones, para prevenir efectos colaterales, o saber el tipo de enfermedades a la que cada uno de nosotros es susceptible". (Craig Venter).

En 1910, Tomhas H. Morgan comenzó a establecer relación entre genes y cromosomas. En 1953, el ADN ocupó el lugar de los genes, un término que había sido considerado en 1909 por W.C. Johannsen para substituir al inventado por Hugo de Vries para asignar factores hereditarios. Desde Watson, y Crick, hasta Craig Venter la genética ha experimentado una gran evolución en la cual han sido realizados muchos descubrimientos, al menos, revolucionarios, y han aparecido nuevos conceptos como, por ejemplo, el de genoma humano.

*- "La descifración del genoma humano vino a demostrar que cada persona tiene diversas susceptibilidades genéticas...". (Manuel Simões).

DEL GENOMA AL ADN:

Cada ser vivo es el resultado de la expresión de un programa biológico que corresponde a su información genética. Esta información, situada integralmente inscrita en su ADN, es transmitida a lo largo de generaciones a través del proceso de reproducción. Siendo así, los descendientes reciben de sus progenitores la información biológica como si se tratara de una herencia: los progenitores la transmiten y los descendientes la heredan. El genoma es un resumen codificado de la información necesaria para la creación de un ser; es el sistema completo de cromosomas existentes en un organismo, o en un conjunto de cromosomas diploides en las especies eucariotas.

El genoma humano, localizado en el núcleo de cada una de nuestras células, es el código genético, o sea, el sistema de genes donde está toda la información para la construcción y funcionamiento del hombre. En él está toda la información para formarse y funcionar un organismo, y el hecho de ser descifrado puede posibilitar la comprensión de muchas características genéticas, así como de determinadas enfermedades, que con tal conocimiento, podrían ser "prevenidas" o "corregidas".

La célula, unidad básica de la vida, puede ser dividida en dos zonas distintas: citoplasma y núcleo. En el primero se encuentran diversos orgánulos celulares, mientras que el segundo contiene la información genética que determina las características de cada ser individual: el ADN. La unidad estructural de ADN es asignada por nucleótidos. Cada nucleótido es constituido por una pentosa (desoxirribosa) que se liga a un grupo fosfato y a una de cuatro bases nitrogenadas: Adenina (A), Timina (T), Guanina (G) y Citosina (C). Cada nucleótido se liga a otra (ligación pentosa / grupo fosfato) formando una larga cadena de ADN.. Pero también los nucleótidos se ligan a otros por sus bases nitrogenadas, para complementariedad de bases (como lo representado en la figura 2).

El ADN no es más que una larga secuencia de nucleótidos emparejados formando una larga cadena doble enrollada en espiral (según el modelo de Watson, y Crick, 1953). Cada larga y fina molécula de ADN se enrolla en proteínas-histonas, formación estructural asignada por cromosomas. Cada determinada porción de ADN forma el gen. Éstos son considerados como unidades indivisibles de los cromosomas donde se sitúan.

Como unidad funcional del material genético, los genes condicionan, detalladamente, las moléculas del ARN y las proteínas utilizadas en la constitución, metabolismo y reproducción celular. En suma, los genes son las unidades básicas de sucesión hereditaria, o sea, contienen el código para la producción de proteínas, muchas de las cuales son enzimas químicas que posibilitan y controlan las reacciones en las células.

Síntesis proteica & del gen a la proteína:

Al proceso de formación de proteínas se le da el nombre de síntesis proteica, que tiene lugar en dos fases: transcripción y traducción.

TRANSCRIPCIÓN:

En este proceso, se desenrosca la hélice del ADN y se separan sus cadenas ascendentes. Con una de las cadenas, al servir de molde, se produce una molécula de ARNm (ARN mensajero) a partir de los nucleótidos libres existentes en el nucleoplasma, los cuales se ligan a la cadena molde por complementariedad de bases. En el ARN no existe la base nitrogenada Timina: ésta es substituida por la base Uracilo (U). La pentosa de ARN es la ribosa. La cadena de ARNm anteriormente formada, se disloca del núcleo de la célula para el citoplasma de la misma, donde tiene lugar la información genética.

TRADUCCIÓN:

Este fenómeno tiene lugar por intervención de un orgánulo celular, ribosoma, que se liga a la cadena de ARNm. En esta cadena, el sistema de cada tres bases nitrogenadas se asigna por codones y especifica un aminoácido. La traducción se inicia así por el codón AUG, codón de iniciación, que específica el aminoácido metionina. Cada codón de ARNm y del aminoácido respectivo es incapaz de ser "reconocido" directamente"; es necesario tener un "adaptador" que posibilite el reconocimiento. Para esto, existe el ARNt (ARN de transferencia). La función del ARNt es servir de puente, como adaptador, entre los aminoácidos y el ARNm, en orden a permitir la traducción de la información codificada en el ARNm en proteínas.

Al llegar un codón de terminación, el ribosoma se suelta, y la cadena de aminoácidos se libera. La cadena entonces se enrolla para formar la proteína completa. Este proceso es la "auténtica expresión" de un gen, o sea, un gen es traducido a proteína.

DEL GEN AL HOMBRE:

Siendo la vida un conjunto de reacciones químicas, catalizadas por enzimas, las cuales son proteínas, el ser humano no es más que un conjunto de cerca de 30 mil genes organizado en 23 pares de cromosomas. Una célula humana tiene 23 pares de cromosomas: 22 pares de cromosomas son autosómicos, y 1 par sexual de cromosomas (cromosomas X e Y). Los 22 pares autosómicos son comunes a ambos los sexos; el par sexual difiere en el hombre (X Y) en relación a la mujer (X X).

Un individuo recibe un conjunto de cromosomas (23) del padre, que harán par con el conjunto de cromosomas recibido de la madre (también 23), formando pares de cromosomas: cromosomas homólogos... o sea, cada cromosoma del par tiene información para un mismo grupo de características. Los genes existentes en cada cromosoma, que informan para la misma característica, son asignados por genes alelos. Éstos están situados en un mismo locus relativo de los cromosomas homólogos.

Sucesión hereditaria & posible herencia:

Aunque, hasta hoy, no hay establecida ninguna norma universal, en todos los sistemas de anotaciones genéticas los genes son representados por letras. En uno de los sistemas de la anotación, la opción de la letra para simbolizar el alelo (dominante o recesivo) está relacionada con la inicial de la palabra que asigna la característica, utilizándose, en este caso, una misma letra: mayúscula o/y minúscula. Esta representación de los genes por un determinado carácter, indicada por un par de símbolos (los alelos), constituye el genotipo del individuo para esa característica; el modo como éstos se expresan en la apariencia del mismo individuo corresponde al fenotipo.

En cuanto al genotipo en lo referente a la característica determinada, un individuo puede ser:
1- Homocigoto, cuando los dos alelos contienen la misma información para esta misma característica.
2- Heterocigoto, cuando los dos alelos contienen diferente información para esa misma característica. Siendo un individuo homocigoto, esto puede ser dominante, cuando los dos alelos informan para la característica que domina... o recesivo, cuando los dos alelos informan para la característica que no domina.

Cuando una pareja se reproduce, si ambos padres poseen para una dada característica determinada dos genes dominantes, los hijos serán obligatoriamente homocigotos dominantes... y si 2 recesivos, los hijos serán obligatoriamente homocigotos recesivos... y si1 gen dominante y 1 gen recesivo, los hijos pudieran ser homocigotos dominantes, heterocigotos, u homocigotos recesivos (según lo representado en la figura 8).

La herencia indeseada:

La ataxia de Friedreich (FRDA) es una enfermedad hereditaria autosómica recesiva, debida a un gen alterado (el gen X25, localizado en el cromosoma 9). Así, una persona que recibe un gen anómalo de uno de los padres se convierte en portador de la ataxia de Friedreich: nunca desarrollará la enfermedad, pero puede transmitirla. Si se hereda dos copias del gen alterado, se desarrollará la enfermedad.

La ataxia de Friedreich a nivel celular:

La mutación más corriente en FRDA es una expansión de un segmento de ADN, conocida como repetición GAA, la cual se repite de 7 a 22 veces en gente normal, pero la personas afectadas por esta enfermedad tienen secuencias GAA repetidas de 200 a más de1.000 veces.

Esta característica dificulta la transcripción y traducción durante la síntesis proteica que tiene lugar en las células de pacientes con ataxia de Friedreich. Así, la proteína frataxina, que tendría que ser producida en cantidad suficiente, no existirá en cuantía necesaria, lo cual traerá consecuencias. La frataxina, en cierta forma, está implicada en la regulación del transporte del hierro hacia fuera de la mitocondria. Ésta puede compararse con una central de energía, donde, esencialmente, la glucosa (u otros nutrientes en caso de carencia de ésta), para el proceso de la respiración celular, es transformada en energía (ATP), la cual es necesaria para construir y mantener el funcionamiento de las células (tarea principal de la mitocondria).

La respiración celular implica un sistema complejo de reacciones, algunas de oxidación/reducción, donde los receptores/donantes de electrones son las coenzimas NAD+ y FAD; éstas al "aceptar" los electrones, también "aceptan" los iones H+ liberados en las reacciones, transformándose en NADH+ H+ y FADH2 . De esta forma los electrones y los iones H+ son transportados hasta la membrana interna de la mitocondria donde son disociados de sus transportadores, a través de enzimas específicas. Los electrones son transferidos a una serie de receptores/donantes de electrones con potencial redox cada vez más elevado, liberando energía hasta la llegada del receptor/donante final: el oxígeno. Éste recibe a los electrones e iones H+ transformándose en H2O.

La energía liberada durante esta última etapa de respiración celular, es utilizada en una parte para formar ATP y en otra parte "perdida" en calor (que permite mantener la temperatura del cuerpo estable).

Entre los receptores/donantes de electrones de la cadena respiratoria, podemos destacar los citocromos, que son hemoproteínas que contienen en su constitución un átomo de hierro, más correctamente en su grupo activo. Es este átomo de hierro que transfieren los electrones, pasando alternativamente de su forma oxidada (Fe3+) a su forma reducida (Fe2+).

En una persona afectada con ataxia de Friedreich, la respiración celular y, principalmente, la etapa de la cadena de transporte de electrones no funcionan correctamente: Puesto que hay poca frataxina en la célula, el transporte de hierro hacia fuera de la mitocondria no es suficiente y, entonces, se acumula el exceso de hierro una vez que reaccionará con el oxígeno existente en la mitocondria. De esta manera, el oxígeno dejará de estar disponible para pasar a recibir a los electrones e iones H+ (transformándose en H2 O). Por lo tanto, se pone en evidencia que la disminución del nivel de frataxina que causa el exceso de hierro en la mitocondria, y la consiguiente carencia de oxígeno en la misma, lleva a la deficiencia orgánica de la célula y conduce a la ataxia de Friedreich.

La ataxia de Friedreich a nivel de paciente:

En la ataxia de Friedreich algunas de las células del sistema nervioso degeneran, siendo las más afectadas las que transmiten sensaciones y señales de movimiento entre el sistema nervioso central y el resto del cuerpo, lo cual se irá observando a nivel general de articulaciones de movimientos. Sin embargo, FRDA no interfiere con la capacidad mental, memoria o control emocional. Así, exteriormente, los síntomas de la enfermedad comienzan a manifestarse habitualmente antes de los 20 años.

Los padres, primero, en la infancia o en la adolescencia, notan en la marcha al caminar de los hijos afectados desequilibrios y frecuentes caídas. Después, aparece la disartria (dificultad en la articulación de las palabras), e incoordinación de los movimientos manuales. Más tarde, los músculos de los miembros se atrofian, la columna vertebral se deforma (escoliosis), y los pies se tornan cavos (altas cavidades en los pies). Estas deformaciones suelen ser mayores en cuanto más precoz es el inicio de la enfermedad.

El crecimiento del corazón, los latidos irregulares, u otros síntomas de problemas cardiacos pueden tener lugar, siendo más o menos severos en cada afectado. Pérdida auditiva, alteraciones en la visión, desarrollo de diabetes, incontinencia urinaria, e hipotiroidismo, son otros síntomas que puede aparecer con esta enfermedad, siendo más o menos frecuentes. Cerca de 10 a 15 años después del inicio del desarrollo de la enfermedad de la ataxia de Friedreich, los pacientes son confinados a una silla de ruedas, perdiendo totalmente su autonomía para realizar las actividades diarias.

FINAL:

El Proyecto Genoma Humano de la Agencia Ciencia Viva nos marca un camino para expandir nuestros horizontes, lo cual nos permitirá, en el futuro, ser más sensibles a nuevos descubrimientos en el dominio de la genética y la ciencia, en general. Intentamos contribuir, con nuestro conocimiento, haciendo una pequeña explicación de lo que es el genoma y la expresión y modo de herencia de los genes, utilizando como ejemplo una enfermedad genética: la ataxia de Friedreich (FRDA).