LA CITOGENÉTICA

Es el estudio de los cromosomas y las enfermedades relacionadas,

causadas por un número o una estructura anormales de los cromosomas.

Los cromosomas son estructuras complejas ubicadas en el núcleo de

las células, compuestos por ADN, histonas y otras proteínas, ARN y

polisacáridos. Son básicamente los "paquetes" que contienen el ADN.

Normalmente los cromosomas no se pueden ver con un microscopio

óptico, pero durante la división celular se condensan lo suficiente como para

poder ser fácilmente analizados a 1.000 aumentos. Para recoger células con

sus cromosomas en este estado condensado, se las expone a un inhibidor de

la mitosis, que bloquea la formación del huso mitótico y detiene la división

celular en la etapa de metafase. 

LOS CROMOSOMAS:

Los cromosomas (término que significa "cuerpos coloreados", por la

intensidad con la que fijan determinados colorantes al ser teñidos para poder

observarlos al microscopio), son un componente del núcleo celular que sólo

aparecen cuando la célula está en división, ya sea mitosis o meiosis; tiene una

estructura filiforme, en forma de cadena lineal, más o menos alargada, en el

caso de eucarióticas, o en forma de anillo circular cerrado, en el caso de

procarióticas, y están compuestos por ácidos nucleicos y proteínas.

Son los portadores de la información en los eucariontes. Son estructuras

celulares formadas por ADN y proteínas, encargadas de transmitir los

caracteres hereditarios de una célula a otra. Constan de una serie de genes y

se presentan en pares (homólogos) La identificación de cada par cromosómico

se basa en su morfología y sobre todo en los patrones de tinción obtenidos

mediante las técnicas de bandas. Cada especie tiene un número determinado,

magnitud, estructura y ordenación característica.

Los cromosomas son el soporte físico y material de la herencia

Ejemplos de número de cromosomas

Mosca: 5; Mosca Drosophila: 8 Centeno: 14; Cebra19; Paloma: 16; Maíz: 20

Caracol: 24; Gusano: 36; Gato; 38; Cerdo: 40; Ratón: 40; Trigo: 42; Rata: 42;

Conejo: 44; Hamster: 44; Liebre: 46; Hombre: 46; Simio:48; Oveja: 54; Vaca:

60; Caballo: 64; Camello: 74; Llama: 74; Perro: 78; Pollo: 78, Mariposa: ~380;

Helecho: ~1250.

Cada cromosoma puede tener cientos de miles de genes (hombre aprox.

100.000).

Los cromosomas pueden ser:

* Autosomas: llevan información somática (características del cuerpo) y

siempre son homólogos

* Heterocromosomas: determinan el sexo (X y Y).

Los cromosomas están formados por un materia complejo llamado

cromatina, el cual consiste en fibras que contienen alrededor de 60% de

proteínas, 35% ADN y 5% de ARN. Cuando una célula no se encuentra en

división, la cromatina tiene la forma de hilos largos y en división, la cromatina

tiene la forma de hilos largos y delgados. En el momento de la división celular,

las fibras de cromatina se condensan.

Existen dos tipos de cromatina que difieren en su grado de

condensación:

1.- Heterocromatina: cromatina densamente empaquetada, cambia poco el

grado de condensación a través del ciclo celular. Aquí el material genético es

transcripcionalmente inactivo.En la interfase las células tienen dos clases de

heterocromatina, la constitutiva y la facultativa, cada una tiene un tipo de

secuencia y en ninguna el DNA se transcribe.

a) Constitutiva: región de la cromatina que no se expresa. Incluye secuencias

cortas repetidas (ADN satélite) y puede tener un papel estructural en el

cromosoma. Se localiza en centrómeros y telómeros.

b) Facultativa: toma la forma de cromosomas enteros que son inactivos en

una línea celular, aunque pueden ser expresados en otra. El cromosoma X de

mamíferos, por ejemplo, el cual es enteramente inactivo en las hembras lo que

compensa el que haya dos en la hembra y uno en el macho. El cromosoma

inactivo es perpetuado en estado heterocromático y el activo forma parte de la

eucromatina.

2.- Eucromatina: cromatina poco condensada (se encuentra relativamente

dispersa en el núcleo y ocupa la mayoría de la región nuclear). Aquí el material

genético es transcripcionalmente activo. El nivel de condensación de la

eucromatina varía a través del ciclo celular.

LAS HISTONAS

Son las proteínas

responsables del empaquetamiento

del ADN. Estas proteínas forman

parte del alrededor de la mitad de

la masa de la cromatina.

Las histonas son proteínas básicas, ricas en residuos de lisina y

arginina, que muestran un elevado conservadurismo evolutivo y que interacción

con el ADN formando una subunidad que se repite a lo largo de la cromatina

denominada Nucleosoma.

Los principales tipos de histonas que se han aislado en los núcleos

interfásicos en diferentes especies eucariontes son: H1, H2A, H2B, H3 y H4

todas ellas contienen una gran cantidad de residuos cargados positivamente

( Arg y Lys).

Formación y diferenciación: El ciclo vital de la célula se diferencia en un

período de estabilidad denominado interfase y uno de división o mitosis. En

primero, las moleculas de ADN, asociado a algunas proteínas y a las de ácido

ribonucleico, ARN, aparecen como una masa de estructura indefinida,

denominada cromatina. Cuando la división va a comenzar, la cromatina se

hace compacta. Ello es debido a que el ADN duplica su conformación

molecular y adopta un configuración en espiral en dos secuencias sucesivas. El

resultado final de la comparación son los cromosomas, con forma de

bastoncillos que poseen una constricción denominada centrómero, en posición

central, que los divide en dos brazos. Cada cromosoma está compuesto de dos

fibras longitudinales unidas por el centrómero. Las unidas aisladas se llaman

cromátidas y representan dos hebras idénticas del ADN duplicado.

Los cromosomas contienen el ácido nucleico ADN (ácido

desoxirribonucleico), el cual está formado por la unión de pequeñas moléculas

que se llaman NUCLEÓTIDOS; en el ADN sólo existen cuatro tipos de

nucleótidos distintos, diferenciándose solamente en uno de sus componentes,

las llamadas BASES NITROGENADAS: ADENINA = A; GUANINA = G

CITOSINA = C; TIMINA = T

Los cromosomas teñidos pueden ser ordenados en orden de tamaño

para formar un cariotipo. Este sirve para estudiar a los cromosomas como

un todo y puede ayudar a diagnosticar y comprender enfermedades.

HISTORIA

1665: Descubrimiento de la célula : Robert Hokke

1831: Se descubre el núcleo celular: Robert Brown

1841, Descubiertos por Karl Wilhelm von Nägeli.

1869, F. Miescher descubre el ADN.

1889, Wilhelm von Waldeyer dio el nombre de cromosoma que significa cuerpo

coloreado (griego).

1910, Thomas Hunt Morgan describió que son los portadores de los genes.

1943, Avery, C. McLeod y M. McCarty: ADN como material hereditario.

1953, Watson y Crick descubren la estructura del ADN. (La doble hélice).

1966, Severo Ochoa completa el código genético.

1972, D. Jackson, R. Symons, P. Berg: molecular artificial.

1973, J. Boyer, S. Cohen: clonación de bacterias.

1977, F. Sanger: secuenciación del ADN.

1978: Producción de proteína humana en bacterias.

1981: Se hace el primer diagnóstico prenatal.

1982: Organismos transgénicos.

1983: secuenciación de los primeros genomas enteros.

1996: Clonación del primer mamífero, “Dolly”

1997: Clonación de dos monos Rhesus: Neti y Ditto:

2001: Secuenciación del genoma humano

CARACTERÍSTICAS MORFOLÓGICAS DEL CROMOSOMA

a) Las cromátidas.- Son estructuras idénticas en morfología e información ya

que contienen cada una, una molécula de ADN. Las cromátidas están unidas por

el centrómero. Morfológicamente se puede decir que el cromosoma es el

conjunto de dos cromátidas y genéticamente cada cromátida tiene el valor de

un cromosoma. Estructuralmente, cada cromátida está constituida por un

esqueleto proteico, situado en el interior, alrededor del cual se disponen muy

apelotonados el ADN y las proteínas que forman el cromosoma.

b) El centrómero.- Se encuentra en un estrechamiento llamada constricción

primaria, que divide a cada cromátida del cromosoma en dos brazos.

- Es la zona de mayor estrechamiento del cromosoma, su contenido de ADN es

menor que en todo el resto del cromosoma.

- Es la región que se fija al huso acromático durante la mitosis. En el centrómero

se encuentran los cinetocoros.

* Cinetocoros.: Es una estructura proteica que permite que cada cromátida se

mueva por separado y se distribuya adecuadamente a los nuevos núcleos.

Son zonas discoidales situadas a ambos lados del centrómero que durante la

división celular tienen como función hacer que los microtúbulos del huso se

unan a los cromosomas. Los cinetocoros son también centros organizadores

de microtúbulos, igual que los centríolos o el centrosoma de las células

vegetales (Fragmoplasto).

c) Cromonemas: Pequeños filamentos que recorren el cromosoma.

Químicamente están formados por dos cadenas de ADN repetidas que se

espiralizan y se mantienen unidas por un punto llamado centrómero.

d) Cronomeros: Son granulaciones observadas a lo largo de los cromonemas,

dando la impresión de que el cromonema fuese un “largo hilo con nudos

intermitentes”. Se considera que en los cromonemas se localizan los genes o

factores determinantes de la herencia.

1: Satélite 2: Constricción

secundaria 3: Centrómero

4: Brazo 5: Telómero

6: Cromátidas no hermanas 7:

Cromátidas hermanas 8: Cromos.

homólogos 9: Cinetocoro

  

e) Los telómeros.- Al extremo de cada brazo del cromosoma se le denomina

telómero. El ADN de los telómeros no se transcribe y en cada proceso de

división celular se acorta. Cuando los telómeros desaparecen el cromosoma

sigue acortándose y la célula pierde información genética útil y degenera. Los

telómeros serían, por lo tanto, una suerte de "reloj celular" que determinaría el

número de ciclos celulares que puede tener una célula. En las células

cancerosas, una enzima, la telomerasa, regenera los telómeros; esta es la

razón, al parecer, de que estas células puedan  dividirse indefinidamente.

f) Constricción secundaria.- Son estrechamientos cromosomicos, cuya

posición y numero es siempre constante en los cromosomas que lo poseen. En

algunos casos, estas constricciones secundarias coinciden con el “organizador

nucleolar”

 

g) El organizador nucleolar.- En algunos cromosomas se encuentra la región

del organizador nucleolar (NOR). En ella se sitúan los genes que se transcriben

como ARNr, con lo que se promueve la formación del nucléolo y de los

ribosomas. Esta zona no se espiraliza tanto y por eso se ve más clara.

h) El satélite (SAT).- Es el segmento del cromosoma entre el organizador

nucleolar y el telómero correspondiente. Sólo poseen satélite aquellos

cromosomas que tienen NOR. Tienen una forma redondeada y están sujetos a

la cromátida por delgados filamentos de cromatina.

Clasificación de los cromosomas según:

La longitud de sus brazos: largos, medianos, cortos, muy cortos.

Posición del centrómero: metacéntricos, submetacéntricos, acrocéntricos

y telocéntricos.

Posición de constricciones secundarias y satélites.

Tamaño.- Muy variable

Número.-

Haploide, numero simple de cromosomas (células gaméticas).

Diploide, numero doble de cromosomas (células somáticas)

Homologo, aquellos cuyos elementos del par son iguales

Heteromólogo, aquellos cuyos elementos son desiguales

Constante cromosómica.- Son las características físicas de los cromosomas

de una especie, dadas por:

El número * La morfología

Las dimensiones * La estructura

El comportamiento

CLASIFICACIÓN DE LOS CROMOSOMAS POR LA POSICIÓN DEL

CENTRÓMERO

   

Los cromosomas son orgánulos constantes en número, forma y

características. Pero los cromosomas de una célula pueden ser diferentes unos

de otros, sobre todo, en la posición del centrómero, lo que permite clasificar a

los cromosomas metafásicos en:

a) Metacéntricos: El centrómero se encuentra en la mitad del cromosoma,

dando lugar a brazos de igual longitud. Cuatro pares de los cromosomas

humanos poseen esta estructura: 1, 3, 19 y 20; y X .

b) Submetacéntricos: El centrómero se ubica de tal manera que un brazo en

ligeramente más corto que el otro. La mayor parte de los cromosomas

humanos son submetacéntricos; además, Y, aunque otros lo describen como

acrocéntrico sin satélite.

c) Acrocéntricos: El centrómero se encuentra más cercano a uno de los

telómeros, dando como resultado un brazo muy corto (p) y el otro largo (q).Los

cromosomas humanos: 13, 14, 15, 21 y 22 y actúan como organizadores

nucleolares. y

d) Telocéntricos: El centrómero se localiza en un extremo del mismo. De los

cromosomas humanos ninguno presenta esta característica; pero, por ejemplo,

los 40 cromosomas del ratón común son telocéntricos. Forma de baston.

Cromosomas Humanos: Las células somáticas humanas normales tienen 46

cromosomas: 22 pares homólogos  comunes a hombres y mujeres llamados 

autosomas, el otro par es dimórfico y es el par de cromosomas sexuales, XX en

mujeres y XY en hombres,  los genes se organizan linealmente a lo largo de los

cromosomas. La posición que ocupa un gen en un cromosoma es llamada

locus, y el mapa genético no es más que la determinación de los locus de todos

los genes de un genoma. Este mapa es específico  a cada especie y hasta

donde se ha entendido es el mismo para los individuos de una especie.

Los cromosomas que conforman un par son llamados cromosomas

homólogos, su contenido genético es equivalente, aunque en cada locus se

puede tener una copia idéntica del gen o una copia ligeramente diferente; estos

genes, diferentes, que comparten el mismo locus en el par de cromosomas

homólogos reciben el nombre de alelos. Es de notar que un miembro de cada

par de cromosomas es heredado del padre y el otro se recibe de la madre.

Cromosomas sexuales:

En muchos organismos, un sexo posee un par de cromosomas idénticos y el

sexo opuesto posee un par de cromosoma visiblemente diferente, tanto

estructural como funcionalmente, realizando la determinación genética del

individuo. A estos cromosomas se les llama cromosomas sexuales o

heterocromosomas e incluso gonosomas, porque determinan el sexo por la

proporción de los dos cromosomas homólogos.

Los cromosomas sexuales o heterocromosomas son cromosomas de

organismos eucariontes que están representados diferentemente en los dos

sexos.

Los cromosomas sexuales típicamente son designados como cromosoma X y

como cromosoma Y.

En seres humanos, por ejemplo, el sexo hembra tiene dos cromosomas X, en

cambio, el sexo macho tiene un cromosoma X y un cromosoma Y. Así la

formula genética para la hembra será AAXX y para el macho AAXY, donde A

representa a una de las series de autosomas.

Similarmente, en la mosca de la fruta Drosophila melanogaster, el sexo hembra

es XX y el macho es XY.

El sexo también puede ser controlado por:

* La ploidía de un individuo, como en muchos himenópteros (abejas, hormigas,

avispas), en los cuales los machos son haploides y las hembras diploides

* Mediante mecanismos alélicos en los que el sexo está determinado por un

único alelo o alelos múltiples no asociados con cromosomas heteromórficos

* Por factores ambientales, por ejemplo en lagartos el sexo lo determina la

temperatura. A 25º C, de los huevos emergen hembras; a 32º C machos. A 28º

C o 29ºC, aprox. la mitad de los huevos dan machos al eclosionar y la otra

mitad hembras.

Durante la meiosis, las hembras sólo producen gametos del tipo AX, es decir,

llevan una serie de autosomas y un heterocromosoma X. En cambio, los

machos producen un 50% de gametos del tipo AX y un 50% de gametos del

tipo AY. Por esta razón el macho es llamado el sexo heterogamético y la

hembra el sexo homogamético.

Sistema de determinación XY: es propio del ser humano y muchos otros

animales. Las hembras, siendo XX, darán gametos iguales con cromosoma X,

sexo homogamético y los machos, siendo XY, darán dos tipos de gametos, uno

con el cromosoma X y otro con el cromosoma Y. La probabilidad de que en la

fecundación, al unirse los gametos, resulte una combinación XX (hembra) o XY

(macho) es aproximadamente del 50%.

Sistema de determinación ZW: en otras especies (mariposas, p.e.) ocurre lo

contrario, el sexo masculino es homogamético (ZZ) y el femenino

heterogamético (ZW). Esta situación se presenta en aves y algunos peces.

(Las letras X Y y Z W son notaciones cromosómicas y no se relaciona con el

tamaño o la forma de estos cromosomas.).

Sistema de determinación XO: otras especies como en ciertos peces,

anfibios, saltamontes y escarabajos, que no tienen el cromosoma Y,

determinándose el sexo por el número de cromosomas X, macho XO y hembra

XX.

Por último está el caso de los cromosomas múltiples, donde varios

cromosomas X e Y se hayan implicados en la determinación del sexo, como en

algunos chinches y escarabajos. En general, el genotipo determina el tipo de

gónada, que a su vez controla el fenotipo del organismo mediante la

producción de hormonas.

Los sistemas de cromosomas múltiples tienden a ser complejos. Por

ejemplo, en el nematodo Ascaris incurva hay 8 cromosomas X y uno Y junto

con 26 cromosomas autosomales.

Los machos tienen 35 cromosomas (26A + 8X + Y) y las hembras 42

(26A + 16X). Durante la meiosis los cromosomas X se unen por los extremos y

se comportan como una unidad.