Genética 101
Aprendiendo el lenguaje
Es probable que haya escuchado términos como “ADN” y “gen”. O si tiene más conocimiento, incluso términos como “traslación” y “herencia”. O incluso si tiene un título universitario, “SNP” y “epigenética”.
Es una gran ventaja si ya conoce todos estos términos, pero tal vez no le vendría mal refrescar sus conocimientos de genética. O es probable que estos términos sean totalmente nuevos para usted. Sin importar cuál sea su nivel de conocimiento sobre la genética, entender el vocabulario es esencial. Esto es especialmente cierto en el nuevo mundo de la medicina individualizada y la nutrición personalizada. Por lo tanto, siempre le será conveniente tener conocimientos de genética.
Ésta será la primera parte de una serie de cuatro partes – Genética 101. Empezará por aprender las definiciones de la terminología clave de la genética. Esta base de conocimiento le servirá para después adquirir conocimiento más detallado.
Cuando haya dominado el vocabulario de la genética, avanzará a Genética 101 – Información básica del ADN y los genes. Posteriormente, toda esta información se colocará en el contexto de la herencia, la teoría de la evolución y el linaje. Y finalmente concluirá su curso intensivo de genética con la sección final: “La genética y su salud”. Con una historia nueva cada mes, usted logrará tener conocimientos sólidos de genética para que pueda tomar decisiones informadas relacionadas con su salud.
Ya estamos listos para empezar con el nivel básico.
Definición de los términos comunes de la genética
Antes de que hablemos específicamente de cómo su genética define quién es usted, es importante entender 26 términos comunes. Le ayudarán cuando empiece a aprender el impacto que la genética tiene en su apariencia física, en la manera de trabajar de sus células, la razón de su ser y actuar y cómo la genética afecta su condición de salud.
Empecemos por definir algunos términos que son la base de la genética.
Núcleo: su núcleo es técnicamente un organelo, una estructura independiente dentro de la célula. Su núcleo contiene todo el material genético que recibe de sus padres, con frecuencia mencionado como su genoma o ADN. La función del núcleo es proteger, organizar y replicar el ADN en la división celular.
Genoma: se refiere a todo su material genético como un todo.
ADN: las siglas para ácido desoxirribonucleico. El ADN es el trasportador de toda su información genética. El orden específico en que está organizado su ADN después de que lo hereda de sus padres es el responsable de su apariencia física y de la forma en que trabajan sus células.
Nucleótido / Base: estas palabras se utilizan indistintamente para referirse a cada uno de los bloques de construcción del ADN y el ARN. El ADN está compuesto por cuatro nucleótidos / bases: adenina, guanina, citosina y timina. En el tema del ADN es frecuente que se les mencione en su forma corta como A, G, C y T, respectivamente.
Par base: hablando en términos químicos y moleculares, el ADN es un molécula de doble cadena, pero a la vez es anti-paralela. Esto significa que el ADN está compuesto de dos cadenas idénticas que corren en direcciones opuestas. Imagínelo de esta manera: una cadena corre de “A a Z”, mientras que la otra corre de “Z a A”.
Cada cadena se une a la otra a través de una serie especial de enlaces químicos relativamente débiles. Imagínese que estos enlaces de hidrógeno son como el Velcro. Pueden unirse, pero también separarse cuando es necesario.
Algo importante de saber es que una base sólo se unirá con otra base específica – su complemento. Por ejemplo, la adenina sólo puede unirse con la guanina (y la guanina sólo con la adenina). La citosina puede unirse con la tiamina (y viceversa). A estas parejas de A-G y C-T se les conoce como pares base. Esta regla de los pares es importante porque es un concepto fundamental en la reproducción y la división celular.
Cromosoma: la manera general en que el ADN está empacado en el núcleo. Los cromosomas organizan la gran masa de ADN en estructuras definidas y sumamente condensadas, que ayudan a organizar y proteger el ADN. El número de cromosomas varía en gran medida entre los diferentes organismos. Pueden tener sólo uno o doscientos, e incluso llegar a más de 10,000 cromosomas. Los seres humanos tenemos 23 pares, o sea, 46 cromosomas.
Gen: una suborganización adicional de su material genético. Es una pieza corta y discreta del ADN. Si nos imaginamos que el ADN es un libro, entonces los genes son cada uno de los capítulos. Estos capítulos de ADN (genes) son las instrucciones para que la célula haga una proteína o enzima. En pocas palabras, un gen le indica a la célula el orden correcto para reunir los aminoácidos para construir la estructura tridimensional de una proteína o enzima. Los humanos tienen entre 20,000 y 25,000 genes individuales.
Expresión genética: en algún lugar dentro o alrededor de un gen, casi siempre al principio, hay secuencias especiales de ADN responsables de activar o desactivar un gen (imagínelo como un interruptor de luz). Los genes también pueden estar activados constantemente. Sus productos genéticos (proteínas o enzimas) se están fabricando constantemente, por lo general a un nivel bajo y consistente. Los dos procesos principales de la expresión genética, la lectura de un gen y después la creación de una proteína, se llaman transcripción y traducción, respectivamente.
Transcripción: el proceso donde la célula lee la información contenida en un gen. Este mensaje se copia en una molécula mensajera de ARN y se envía desde el núcleo a otras partes de la célula.
ARN: las siglas para ácido ribonucleico, que desde el punto de vista químico, es muy similar al ADN. El ARN se considera que es el mensajero maestro. Envía piezas cortas de información contenidas en el ADN (gen) a otros lugares en la célula. El ARN permite que esos mensajes se conviertan en las unidades funcionales de la célula, esto es, las proteínas y las enzimas. La información del ARN se divide en series de tres nucleótidos / bases, llamados un codón.
Codón: una serie de tres nucleótidos / bases secuenciales en una molécula de ARN. El orden de los tres nucleótidos / bases es el código para un aminoácido específico. Conforme se leen los codones en el ARN, la célula empieza a armar cadenas de aminoácidos, que son las piezas fundamentales de las proteínas y enzimas. Ese proceso se conoce como traducción.
Traducción: el proceso donde la célula convierte la molécula mensajera del ARN en una proteína o enzima.
Proteína / enzima: palabras que con frecuencia se usan indistintamente para describir una cadena de aminoácidos unidos químicamente. Cuando los aminoácidos se unen, se pliegan para formar productos funcionales finales a los que normalmente nos referimos como una proteína o enzima. Aunque todas las enzimas son proteínas, no todas las proteínas son enzimas. Por costumbre, los científicos se refieren a una proteína como una proteína cuando su función en una célula es estática o estructural. La palabra enzima se usa para describir una proteína que trabaja activamente (como las enzimas que convierten los alimentos en energía).)
Replicación del ADN: el acto de hacer una copia idéntica del ADN. Cuando una célula se divide, también debe copiar, o replicar, su ADN. Esto sucede porque loes enlaces de hidrógeno de tipo Velcro pueden separarse. Una cadena se queda con la célula vieja y la otra se mueve a una célula nueva. Con base en la regla de las parejas base (A-G y C-T sólo se pueden unir), cada célula puede volver a hacer la cadena antiparalela faltante. A la larga, el ADN vuelve a tener dos cadenas. Este proceso puede repetirse cada vez que la célula se divide.
Herencia: la transmisión de información genética a la siguiente generación más joven.
Fenotipo: sus rasgos físicamente visibles con base en la secuencia de sus genes (genotipo). Piense en cómo se ve y cómo actúa usted.
Genotipo: la secuencia del ADN de sus genes.
Gen dominante: cuando un gen dominante y recesivo compiten para su expresión, ganará el gen dominante. Por ejemplo, cuando un padre con ojos cafés (gen dominante) tiene un hijo con un padre con ojos azules (gen recesivo), el hijo tendrá ojos cafés; el gen dominante gana.
Gen recesivo: los genes recesivos no se expresan cuando están en presencia de un gen dominante. Sin embargo, como tenemos dos copias de cada gen, cuando ambas copias son recesivas, es posible que se exprese un rasgo recesivo. Un hijo tendrá ojos azules cuando ambas copias de los genes recibidos de los padres son para ojos azules.
Ploidía: se refiere al número de cromosomas o parejas de ADN en un organismo.
Diploide: “di” significa “dos.” Cuando una célula es diploide tiene ambas copias de su ADN. Ésta es la condición normal de casi todas sus células y se dice que el ADN es de doble cadena. Las células deben tener su ADN en estado diploide para que se divida y replique.
Haploide: “ha” significa “mitad.” Cuando una célula es haploide, sólo tiene la mitad (o una) de sus copias de ADN. Por lo general, las células haploides son únicamente las células reproductivas, como los espermatozoides y los óvulos. Esto es importante porque cuando un espermatozoide y un óvulo se fusionan (fertilización), las dos copias del ADN se recombinan para crear un genoma diploide completo. Cuando esta célula es diploide, puede empezar a crecer y dividirse.
Epigenética: se puede considerar un segundo código genético que se encuentra sobre su secuencia primaria del ADN. Este código está compuesto por varias señales químicas. Son varias las señales químicas que pueden modificar la secuencia de su ADN o la secuencia o las estructuras que organizan el ADN en el núcleo. Dependiendo de las modificaciones químicas específicas, los genes pueden activarse o desactivarse.
Es interesante saber que su dieta y estilo de vida afectan drásticamente este código químico (epigenoma) y la regulación de sus genes. También se ha demostrado que su código epigenético es hereditario en gran medida. Esto significa que dependiendo de cómo sus padres, e incluso sus abuelos, hayan vivido sus vidas, esto afecta cómo se expresan sus genes. Y la manera en que usted viva su vida afectará la expresión genética de sus hijos.
Se piensa que el epigenoma es básicamente responsable de los resultados en la salud, tanto buenos como malos, en la siguiente generación. Por ejemplo, los padres delgados y sanos suelen tener hijos delgados y sanos. Sin embargo, los hijos de padres con ciertas enfermedades pueden tener un mayor riesgo de adquirir esa enfermedad más adelante en sus vidas.
Mutación: el cambio de la secuencia original del ADN. Esto puede ocurrir a través de varios procesos diferentes, como exposición a elementos químicos ambientales, replicación incorrecta del ADN y rotura / daño físico al ADN.
A la larga, una mutación afecta la función de la estructura final de la proteína / enzima para la que codifica. Las mutaciones pueden tener varios efectos en la célula, desde ningún efecto hasta un efecto benéfico o un efecto nocivo. Si una mutación no cambia la estructura final de la proteína o la función, se dice que es silenciosa.
Las mutaciones benéficas otorgan una mejor función o sobrevida a la célula u organismo. Es frecuente que se mencione que es la base de la evolución o de la supervivencia del más apto. Las mutaciones también pueden ser dañinas. Si un cambio en la secuencia original del ADN tiene efectos negativos en la estructura o función de una proteína, puede tener consecuencias graves en la función celular. Si una mutación negativa ocurre en un lugar esencial en un gen, la función de la proteína podría verse afectada drásticamente y a la larga producir una menor sobrevida. Algunas mutaciones negativas comunes en los genes o proteínas clave pueden producir cáncer.
Cáncer: una enfermedad que se define por la división celular descontrolada. Por lo general, la célula mantiene un control muy estricto de los procesos que impiden o que inician la división celular. Sin embargo, este proceso podría alterarse y esto ocurre por una mutación, exposición a sustancias químicas ambientales, daño físico, etc. Sin embargo, es importante mencionar que no todas las mutaciones causan cáncer y que no todos los cánceres son el resultado de mutaciones. A la larga, la división celular descontrolada produce la acumulación de células anormales en una masa conocida como un tumor. Si este tumor ocasiona el deterioro en el funcionamiento de un tejido u órgano, puede ocurrir falla en ellos, provocando la muerte.
SNP (poliformismo de nucleótido único): una mutación en una base del ADN. Como ésta es una mutación menor en un gen, los SNP suelen ser mutaciones silenciosas y rara vez producen cáncer. Sin embargo, cuando un SNP ocurre en un lugar crítico en un gen, puede afectar la función de las proteínas, sea de manera positiva o negativa. Los SNP se han vuelto más populares en la ciencia y la medicina. Por ejemplo, se usan para diagnosticar las deficiencias metabólicas o para prever cómo un paciente podría responder a ciertos medicamentos.
Fundamentos del ADN y los genes
Esta es la segunda parte de una serie de cuatro, Genética 101. Si se perdió la primera, lea Genética 101— Aprendizaje de la lengua. Empezar con la terminología antes de lanzarse a leer este artículo le ayudará a aprenderse los términos importantes antes de empezar a profundizar.
La genética es, al mismo tiempo, increíblemente sencilla e increíblemente complicada. Empecemos con lo que es exactamente la genética. Según el Merriam-Webster, la genética es “una rama de la biología que trata de la herencia y la variación de los organismos”, así como “de la constitución y fenómenos genéticos de un organismo, tipo, grupo o condición”.
En palabras sencillas, la genética es el estudio de lo que lo hace a usted humano y único, y eso, gracias al ADN. De hecho, todo organismo vivo de la Tierra tiene ADN. Es el ADN lo que hace a una bacteria, bacteria, a un ave, ave, y a usted, humano.
La única tarea del ADN es almacenar y compartir información
Muchos piensan que el ADN es flexible, dinámico, y que cambia constantemente, pero en realidad, es una molécula estática y estable. Tanto en instrumentos de piedra o en el interior de huesos antiguos se puede recolectar ADN y estudiarlo, incluso después de decenas de miles de años.
Una forma fácil de imaginar el ADN de uno, es pensar en un plano para la construcción de una casa, el cual ofrece mucha información, pero por sí solo, ese plano no puede construir la casa, solo almacena y comparte información. Se requiere un equipo inteligente y coordinado de trabajadores para construir esa casa: un ingeniero que pueda interpretar el plano, los patrones que dirigen a los trabajadores y los obreros que arman todo.
Lo único que hace el ADN es almacenar y compartir información con las células. Y sí, se puede imaginar al ADN como un plano de las células.
La molécula de ADN es muy grande
El ADN es el material genético contenido en todos los núcleos del organismo, y si bien no todas las células tienen núcleo, y algunas tienen más de uno, todos los núcleos tienen una secuencia completa de ADN.
En cada núcleo, el ADN existe como una sola molécula (de doble cadena), o sea que es una molécula muy grande. El ADN humano tiene de dos a tres mil millones de bases de longitud. Para ponerlo en perspectiva, si usted tuviera que llegar al interior de sus núcleos, sacar el ADN y extenderlo en una mesa, tendría de uno a dos metros de largo (tres a seis pies).
Otra forma de ilustrar las dimensiones del ADN es estimar su masa total. Se toma el peso promedio de una base nucleotídica, se multiplica por dos (porque tiene doble cadena) y después, otra vez, por dos a tres mil millones (longitud total del ADN): sí que es una cifra grande, y no hemos terminado. Ahora multiplique por el número total de núcleos (o células que tienen núcleo) para obtener la cantidad total de ADN de un cuerpo humano.
La cifra aproximada será de entre cinco (0.2 onzas, más o menos el peso de una hoja de papel) y 50 gramos (1.8 onzas, más o menos el peso de un huevo de gallina) de ADN en el cuerpo. Es mucho ADN.
Esto muestra también lo apretado que está el ADN en el interior de cada núcleo. Es increíble que una molécula de ese tamaño quepa en el interior de algo tan microscópico.
La complejísima organización del ADN en el interior de los núcleos
Usted cuenta con billones y billones de células (para ser exacto, cerca de 50 billones). Con excepción de algunas células sanguíneas, casi 75 por ciento tiene cuando menos un núcleo, y dentro de ese núcleo está el ADN, un ejemplar completo de ADN dentro de cada núcleo.
¿Cómo es posible? Básicamente, el ADN está anudado lo más apretado posible, enredado y doblado muchas veces, pero además, ese nudo de ADN está muy organizado y puede desanudarse (al menos parcialmente) cuando es necesario tener acceso a la información que contiene.
La célula pide la información contenida en el ADN modificándola —así como las proteínas asociadas que ayudan a organizar el ADN— con señales químicas específicas, algunas de las cuales duran muy poco tiempo, en tanto que otras pueden pasar de generación en generación. Estas señales químicas se denominan código epigenético.
Mediante este código epigenético, las células regulan qué partes del ADN se activan o desactivan, lo cual proporciona a cada uno de los diferentes tipos celulares, su identidad única. Si bien cada célula tiene un ejemplar completo de ADN, las células solo activan el que necesitan y desactivan el que no necesitan. Por ejemplo, las células cerebrales solo activan el ADN de las células cerebrales, las del hígado, el ADN de las células hepáticas, las de la piel, el de las células cutáneas, etcétera.
El ADN es la instrucción para que las células fabriquen proteínas
Entonces, ¿cómo funciona el ADN para decirle a la célula qué hacer?
El ADN consta de cuatro elementos fundamentales llamados bases —adenina, timina, guanina y citosina (abreviadas A, T, G, C, respectivamente). Y lo que sigue, es lo verdaderamente asombroso: estas cuatro bases del ADN se repiten una y otra vez, pero en un orden único, que otorga a cada quien su individualidad.
En última instancia, estas bases (A, T, G, C) son responsables de todo lo que es usted: estatura, aspecto, capacidad atlética, además de la forma en que funcionan sus células, tejidos y órganos.
¿Cómo es posible?
La forma más sencilla de pensar al respecto, es relacionar el fenómeno con la forma en que usted lee las palabras de esta página. Empieza con el alfabeto; luego, esas letras se organizan en palabras, solo que el “alfabeto ADN” solo consta de cuatro letras: A, T, G, C. Cuando esas cuatro bases se organizan en un orden específico, forman las palabras —o instrucciones— para que la célula haga proteínas, que pueden ser las proteínas estructurales que mantienen unida a la célula, o bien, enzimas, es decir, las proteínas que trabajan en el interior de la célula.
Otra cosa sorprendente es que cada palabra del “diccionario ADN” consta solo de tres letras, o bases. Esas palabras de tres letras se llaman codones. Cuando la célula lee cada uno de los codones, sabe exactamente qué aminoácidos (elementos básicos de las proteínas) juntar y en qué orden. También sabe cuántos aminoácidos utilizar.
Cada codón incluye señales para “arrancar aquí” y “detenerse aquí”. Por ejemplo, algunas proteínas solo requieren 500 bases para transmitir sus instrucciones para la proteína, en tanto que otras pueden medir 2.2 millones de bases de largo. Con 500 bases pueden entregar un mensaje de cerca de 166 codones y una proteína de aproximadamente 55 aminoácidos de largo. En el caso de los 2.2 millones de bases, habría 733,333 codones para entregar una proteína compleja de aproximadamente 244,444 aminoácidos.
Los genes son una porción definida de DNA que constituye las instrucciones para hacer proteínas
Un gen se define como la unidad física y funcional de ADN, pero no constituye sino las instrucciones para que la célula haga una o más proteínas. Como ya se mencionó, el ADN de cada quien incluye señales para arrancar y detenerse. En pocas palabras, un gen es todo lo que hay entre una sola señal de arranque y una de paro.
Se estima que los humanos tienen aproximadamente 25,000 genes en la molécula completa de ADN. Los estimados varían mucho, pero los humanos tienen algo así como de 100,000 a más de 1,000,000 de proteínas diferentes en su cuerpo. Estas cifras no cuadran perfectamente, es decir, que un gen puede codificar apenas una proteína, o tantas como 100.
ADN, ARN, proteína: Transcripción y traducción
Imagínese ese código de codones como una lengua extranjera, lengua que la célula necesita aprender para interpretar el ADN y eventualmente hacer proteínas. De hecho, los genetistas incluso llaman transcripción y traducción a este proceso, jerga similar a la utilizada para describir el lenguaje humano.
Profundicemos un poco más en cómo interpreta la célula el ADN.
Cuando de hacer proteínas se trata, el orden llega a ser importante: 1) ADN, 2) ARN y 3) proteína.
Como dijimos antes, el ADN es la molécula estática hecha nudo en el núcleo, pero la célula no puede hacer proteínas dentro del núcleo porque la construcción de proteínas necesita espacio, de modo que se lleva a cabo en espacios celulares fuera del núcleo.
Entonces, ¿cómo sale del núcleo esta información?
Hay una molécula estrechamente relacionada con el ADN que se llama ARN (ácido ribonucleico). Una enzima especial (llamada ARN polimerasa) analiza la molécula de ADN en busca del codón para “arrancar aquí”, que indica el principio del gen. Después, esta enzima hace un análisis a todo lo largo del ADN y transcribe el mensaje de éste en un mensaje de ARN, que es un proceso conocido como transcripción. Una vez que la enzima llega al codón para “detenerse aquí”, deja de producir la molécula de ARN.
Esta molécula de ARN recién hecha sale luego del núcleo y es recibida por un ribosoma. El ribosoma está equipado exclusivamente para interpretar la molécula de ARN y traducir ese mensaje a una secuencia de aminoácidos (proteína). El ribosoma salta de codón en codón del mensaje de ARN y señala a la célula qué aminoácidos poner a continuación.
Por ejemplo, el codón T-T-A es la “palabra” para leucina, A-G-A es el código para arginina, y G-C-G indica alanina. De hecho, hay cuando menos un codón para todos los aminoácidos necesarios para construir las proteínas y enzimas que el organismo requiere.
Conforme esta nueva cadena de aminoácidos sigue alargándose, empieza a doblarse para adoptar su forma tridimensional definitiva. Una vez que se agrega el último aminoácido, la nueva proteína se suelta del ribosoma y apunta a su destino final. Luego, el ribosoma libera el mensaje de ARN y busca otra molécula de ARN que necesite traducirse.
No somos más que plátanos
Desde que se secuenciara el genoma humano en 2003, los científicos se han esforzado mucho para descifrar lo que esto significa. En un principio, se pensó que una vez que conociéramos el orden de cada base en el ADN humano, ocurrirían grandes descubrimientos científicos y médicos.
Pero ahora, muchos años después, parece haber más preguntas que respuestas. La razón: es literalmente imposible diferencia a un ser humano de otro interpretando su código genético porque literalmente todos tienen los mismos genes. Sí, hay algunas regiones exclusivas de cada quien, como las huellas digitales, pero así como una huella digital no puede decir de qué raza somos, tampoco la estatura ni el peso (o si a esas vamos, gran parte de la información personal), tampoco el ADN.
¿Por qué?
Para empezar, los humanos comparten más de 99 por ciento de los mismos genes y el uno por ciento restante, o menos, es responsable de la individualidad.
Se ha estimado que si publicáramos nuestro código genético en un libro, tendría aproximadamente 262,000 páginas, pero solo unas 500 serían exclusivas de cada uno de nosotros. Esto muestra qué parecidos son los humanos.
También nos parecemos a diversas especies aparentemente distantes. Por ejemplo, los humanos son:
- 96 por ciento genéticamente similares a los chimpancés
- 90 por ciento similares a los gatos
- 85 por ciento similares a los ratones
- 80 por ciento similares a las vacas
- 61 por ciento similares a las moscas de la fruta
- 60 por ciento similares a los pollos
Incluso, ¡usted es 60 por ciento similar a un plátano!
¿Cómo puede ser eso?
Resulta que en el nivel celular, las células —en una amplia gama de especies— necesitan los mismos genes y proteínas básicos nada más para funcionar, y solo cuando una célula u organismo empieza a volverse muy especializado, es cuando realmente necesita genes y proteínas nuevas y diferentes.
Entonces, como usted puede ver, el ADN es apenas el punto de partida de lo que hace de usted específicamente humano y, obviamente, hay muchos otros factores en juego.
Ahora bien, ¿qué nos hace únicos y diferentes en la población humana? No se pierda el siguiente capítulo de la serie Genética 101 — Herencia, teoría de la evolución y ancestros.
