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El ADN y los genes
Expresión diferencial y mutaciones
No todos los genes se expresan...
Todas nuestras células contienen dos juegos de 23 cromosomas (salvo los óvulos y espermatozoides que contienen sólo uno) y las “ instrucciones” guardadas en cada juego de cromosomas de cada una de nuestras células son las mismas. Sin embargo, una neurona es una célula con prolongaciones y su función es recibir y transmitir impulsos nerviosos (Fig. 21 y 22). Los glóbulos blancos son en cambio redondeados y se ocupan de la defensa de nuestro cuerpo, reconociendo a los microorganismos patógenos para eliminarlos... ¿Si todas las células tienen las mismas “instrucciones” por qué no son todas iguales, tienen la misma forma e idéntica función?
Si bien todas las células de nuestro cuerpo tienen los mismos genes, no todos se expresan en todas las células, es decir, no todos se transcriben y traducen. Por ej., y como muestra la fig. 23, el gen 4 se expresa en todas las células, mientras que en la célula A se producen específicamente las proteínas correspondientes a los genes 6 y 7, mientras que las proteínas derivadas de los genes 5 y 8 son exclusivas de la célula B y el producto del gen 9 es exclusivo de la célula C. En este ejemplo hipotético, el producto del gen 4 cumpliría funciones comunes a los tres tipos celulares mientras que la expresión diferencial de los otros genes determinaría las diferentes formas y funciones.
¿Qué son las mutaciones?
A veces, y este es un fenómeno relativamente frecuente, la enzima que se encarga de la replicación (ADN polimerasa) se equivoca, es decir, coloca un nucleótido en lugar de otro. Veamos qué puede ocurrir entonces (Fig. 24). En el panel superior (ADN) vemos la secuencia de un fragmento de un gen; cuando éste se transcribe origina un ARN mensajero (ARNm), el cual es leído por la maquinaria de traducción para dar una proteína cuya secuencia de aminoácidos se ve más abajo (proteína). Supongamos ahora (panel de la izquierda) que la enzima ADN polimerasa se equivocó y colocó una T en lugar de la quinta A de la secuencia. Al traducirse el mensajero correspondiente, aparece una leucina en lugar de una histidina, porque el codón CAC original ahora es CUC. Por lo tanto, la proteína generada es diferente en un aminoácido a la original. Este cambio podría alterar o anular la función de la proteína. En el panel de la derecha vemos otro ejemplo, donde el codón UGG cambia a UAG, pero UAG es un codón de “parada”, o sea que la nueva proteína ahora es mas corta, y probablemente no pueda realizar su función.
Estos ejemplos ilustran el efecto de los cambios o mutaciones puntuales (debidos a un único cambio en la secuencia) en la proteína final. En algunos casos estas mutaciones pueden provocar la falta de actividad de una proteína esencial y causar una enfermedad. Las enfermedades genéticas surgen de mutaciones espontáneas que ocurren en las células germinales (óvulos y espermatozoides) y que por lo tanto se transmiten a las generaciones siguientes. Es importante recordar que cada cromosoma tiene su par homólogo, de manera que podemos ser portadores de una mutación sin que se vean afectadas nuestras funciones, ya que en el otro cromosoma homólogo el gen puede ser normal (Fig. 25). Un ejemplo de enfermedad debida a una mutación puntual es la anemia falciforme, causada por un cambio en la secuencia del gen de la beta-globina, componente de la hemoglobina. En los pacientes que padecen esta enfermedad, los glóbulos rojos son más rígidos que lo normal y no pueden transitar fácilmente por los capilares sanguíneos. Otro ejemplo lo constituyen los diferentes tipos de hemofilia, causada por mutaciones puntuales en los genes que codifican para los factores de coagulación. Al no poseer todos los factores necesarios para la coagulación de la sangre funcionales, el paciente sufre hemorragias.
¿Las mutaciones siempre están asociadas a enfermedades? Absolutamente no. La mayoría de las mutaciones no se manifiestan, o porque están en regiones del ADN donde no hay genes, o porque no cambian el aminoácido (recordar que el código genético es degenerado), o porque ese cambio no altera la función de la proteína. O bien podría alterarse la función y esto no resultar perjudicial. Tal es el caso del carácter color de ojos, donde el color claro se produce por falta de ciertas enzimas que fabrican los pigmentos del iris. ¡Es obvio que tener ojos claros no significa estar enfermo!. En realidad, las mutaciones son la base de la biodiversidad: todos los humanos tenemos el mismo genoma, pero con algunas poquísimas variaciones. Estas variaciones determinan que seamos diferentes en el color de ojos, en la altura, en la ondulación de nuestro cabello, etc. Sobre la biodiversidad actúa la selección natural...pero ese es otro capítulo.
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