Curtis 2016 capitulo 10

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CAPÍTULO
10
LOS GENOMAS, SU EXPRESIÓN Y REGULACIÓN
EIADN de un o rg a n ism o cod ifica todas las m olécu las de RNA y 
de p ro te ín a necesarias p a ra la construcc ión de sus células. Sin 
em bargo , la descripción com p le ta de la secuencia de ADN de 
un o rgan ism o no nos p e rm itir ía reconstru ir un organ ism o.
El p ro b le m a rad ica en saber cóm o se u tiliza n los elem entos 
de secuencia de ADN. ¿En qué condic iones se p roduce cada 
uno de los p roduc tos génicos y, una vez producidos, 
qué hace cada uno de ellos?
BIOLOGÍA EN CONTEXTO SOCIAL
El momento oportuno para que cambien las ideas
La historia de los aportes científicos de la bióloga norteameri­
cana Barbara McClintock (1902-1992), como en todas las histo­
rias de las ideas, está influida por diversos factores de contexto, 
incluidos la propia formación de la científica, su personalidad, sus 
valores y sus creencias. Evelyn Fox Keller, física norteamericana 
y profesora de Historia y filosofía de la ciencia, señala que Bar­
bara desarrolló una concepción muy especial del mundo natural, 
que reclamaba la necesidad de "escuchar a la materia” de “dejar que 
el experimento nos diga qué hacer” de lograr una sintonía con 
los organismos. Con respecto a las ideas científicas, su historia 
permite analizar cómo el surgimiento de algunas hipótesis se ve 
limitado por ciertas preconcepciones científicas.
McClintock se doctoró en botánica y luego continuó sus estu­
dios en genética del maíz. Si bien en la actualidad es reconocida 
por haber realizado una propuesta sumamente innovadora, la 
posibilidad de que los genes puedan salir de un lugar del cro­
mosoma e insertarse en otro (lo que se conoce como "genes sal­
tarines" o transposones), el mérito de McClintock va más allá 
de estas ideas pues abordaba la complejidad de los seres vivos, 
como un todo.
Lo singular de esta historia es que la hipótesis sobre los "genes sal­
tarines” publicada por primera vez en 1951, demoró aproximada­
mente 30 años hasta ser incorporada formalmente al cuerpo de los 
conocimientos científicos. La época de McClintock estaba marcada 
por el apogeo de la genética a la que hoy denominamos clásica. Los 
genes eran concebidos como unidades simples, de secuencia lineal y 
rígida. Debido a estas preconcepciones era muy difícil suponer que 
el genoma fuera un sistema dinámico y los genes fueran capaces de 
moverse de un lugar a otro en los cromosomas de una célula. El suyo 
era un extraño relato que no encajaba en el esquema del momento.
Desde que su modelo obtuvo el reconocimiento de la comu­
nidad científica, se ha descrito la presencia de estos elementos 
móviles en diversos grupos de organismos, como las bacterias Es­
cherichia coli, las levaduras y las moscas Drosophila. Hoy se sabe 
que los elementos transponibles existen en prácticamente todos 
los organismos estudiados, incluidos los seres humanos.
Así como la contribución de Barbara quiebra la idea de un ge­
noma estático, ¿podríamos pensar que existen en la actualidad 
otras preconcepciones que bloquean la puerta de entrada a un 
nuevo paradigma en genética?
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182 SECCIÓN III I PATRONES Y PROCESOS DE LA HERENCIA
En el capítulo anterior vimos que el código genético -el conjun­
to de tripletes de nucleótidos específicos que codifican los aminoá­
cidos- es virtualmente universal. Salvo contadas excepciones, es el 
mismo en bacterias, mohos, guisantes, moscas de la fruta, gatos y 
seres humanos, lo cual constituye una evidencia muy fuerte de que 
todos los seres vivos descienden de un único antecesor. Existen mu­
chas similitudes y también diferencias entre procariontes y eucarion- 
tes. En este capítulo profundizaremos en el análisis de los genomas de 
virus, procariontes y eucariontes y en los mecanismos de regulación 
a través de los cuales la enorme cantidad de información genética se 
expresa (es decir, se transcribe y se traduce) en el momento y en el 
lugar adecuados.
LOS VIRUS: PARÁSITOS INTRACELULARES
Los virus fueron descubiertos en la década de 1880, por el cientí­
fico alemán Adolf Mayer (1843-1942), cuando estudiaba una enfer­
medad de las plantas de tabaco. Su nombre deriva del latín y significa 
“veneno”. Más adelante fueron identificados como agentes causantes 
de enfermedades de plantas y animales que, a diferencia de los pa­
tógenos más pequeños, atraviesan filtros de malla muy fina que ni 
siquiera las bacterias pueden atravesar. En 1935, el científico nortea­
mericano Wendell Stanley (1904-1971) obtuvo de hojas de plantas de
tabaco enfermas un sedimento cristalino, que al ser frotado contra 
hojas sanas causaba enfermedad. Concluyó que el virus era una pro­
teína autocatalítica que se podía multiplicar dentro de las células. A, 
pesar de que esa conclusión no era correcta, su técnica de preparados 
cristalinos fue una herramienta importante para la comprensión del 
funcionamiento de los virus. Por sus investigaciones, Stanley recibió 
el Premio Nobel en 1946. Además de su actividad infectiva, causa de 
terribles enfermedades como el sida (síndrome de inmunodeficiencia 
adquirida), los virus también pueden actuar como vectores o porta­
dores de fragmentos de ADN de una célula a otra.
Los virus están formados por una cubierta proteica o cápside en 
cuyo interior se encuentra ADN o ARN. Algunos virus poseen, ade­
más, una envoltura lipídica derivada de la membrana de la célula que 
fue infectada. En dicha envoltura se insertan proteínas virales. Cuan­
do se encuentran fuera de las células hospedadoras existen como par­
tículas individuales denominadas viriones. Pueden infectar cualquier 
tipo de célula, ya sea procarionte o eucarionte, y se reproducen sólo 
dentro de estas células vivas, utilizando las enzimas y la maquina­
ria biosintética de sus hospedadores en su propio beneficio. Sin esta 
maquinaria, serían tan inertes como cualquier complejo de macro- 
moléculas.
En los albores de la virología, los virus se clasificaban según su pa- 
togenicidad, su presencia en determinados órganos o el modo como 
se transmitían. El advenimiento de la microscopía electrónica permi-
1 0,2 pm
(b)
Neuraminidasa
Membrana 
lipoproteica
Matriz
Nucleoproteínas 
y polimerasas
ARN
Hemaglutinlna
(d)
C a b e z a«
C o la
Fig. 10-1. VIRUS CARACTERÍSTICOS, (a ) y (b) M ic ro fo to g ra fía e le c tró n ic a y m o d e lo d e l v iru s d e la In flu e n z a o g rip e . El v iru s está c o m p u e s to p o r u n g e n o m a s e g m e n ta d o en 8 mo­
lécu las d e ARN d e c a d e n a s im p le q u e se a so c ian c o n m o lé c u la s d e u na p ro te ín a q u e le c o n fie re n fo rm a h e lic o id a l. Los ARN g e n ó m ic o s a so c iad o s c o n la p ro te ín a re c ib e n el nom bre 
d e n u c le o c á p s id e s . R o d e a n d o las n u c le o c á p s id e s e x is te u n a m e m b ra n a lip o p ro te ic a a tra vé s d e la c u a l e m e rg e n las g lu c o p ro te ín a s v ira le s d e e n v o ltu ra . El v iru s d e la In flu e n z a muta 
c o n fre c u e n c ia , a lte rá n d o s e e n c o n s e c u e n c ia las p ro te ín a s d e la e n v o ltu ra e x te rn a , q u e es lo q u e re c o n o c e n n u e s tro s a n t ic u e rp o s . Por lo ta n to , u na ce p a m u ta n te n o será reconocida 
p o r a n t ic u e rp o s p re v ia m e n te fo rm a d o s , (c ) y (d) M ic ro fo to g ra fía e le c tró n ic a y d ia g ra m a d e u n b a c te r ió fa g o T q u e m u e s tra sus d ife re n te s c o m p o n e n te s e s tru c tu ra le s . El A D N d e l virus 
c o d if ic a to d a s las p ro te ín a s necesarias.
I
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CAPITUL010 I LOS GENOMAS.SU EXPRESIÓN Y REGULACIÓN 183I
tió la visualización directa de las partículas virales - o viriones- y de 
este modo la determinación más precisa de su forma y tamaño que se 
utilizaron como nuevos criterios de clasificación.
A medida que avanzaron los conocimientos en biología molecularsurgieron nuevas herramientas para la clasificación de los virus según 
las características de sus genomas y de sus envolturas. El genoma de 
los virus puede estar constituido por ADN o ARN y puede ser de 
cadena simple o doble. Las proteínas de la cápside pueden tomar la 
forma de una hélice, como en el virus del mosaico del tabaco, o de 
placas triangulares dispuestas en un poliedro, como en los adenovi- 
rus y los bacteriófagos T (véase cap. 5, fig. 5-13). La cápside puede es­
tar rodeada por capas adicionales o tener otras estructuras proteicas 
complejas unidas a ella (fig. 10- ).
Las proteínas de la cápside o de la envoltura determinan la especi­
ficidad de un virus en relación con su célula hospedadora. Una célula 
sólo puede ser infectada por un virus si la proteina viral “encaja” en uno 
de los receptores específicos de su membrana celular. De este modo, 
los bacteriófagos atacan a las células bacterianas; el virus del mosaico 
del tabaco infecta a las células de las hojas de la planta del tabaco; los 
adenovirus y los rinovirus, causantes del resfrío común, invaden las cé­
lulas de las membranas mucosas del tracto respiratorio, y los virus de 
la polio infectan a las células del tracto respiratorio superior, el tapiz 
intestinal y, a veces, el sistema nervioso. Aparentemente, todos los tipos 
de células, tanto procariontes como eucariontes, pueden ser infectados 
por diversos virus capaces de interactuar con sus receptores de mem­
brana. Sólo en algunos casos un mismo tipo de virus puede infectar a 
organismos muy diferentes. Por ejemplo, algunos virus tienen la capa­
cidad de infectar a una planta y también al insecto que se alimenta de 
ella, el cual actúa así como vector de transmisión.
La infección viral
Distintos tipos de virus presentan diferentes estrategias de infec­
ción. Algunos se desensamblan y dejan la cubierta proteica fuera de 
la membrana plasmática de la célula e inyectan el ácido nucleico en el 
citoplasma (véase cap. 5, fig. 5-15). Otros entran intactos en la célula; 
la cápside se desensambla una vez adentro y libera el ácido nucleico. 
Ya dentro de la célula hospedadora, el ácido nucleico viral dirige la 
producción de nuevos virus usando materias primas de la célula (nu- 
cleótidos, aminoácidos, ATP y otras fuentes de energía) y, también, 
su maquinaria metabòlica. Así, los virus son parásitos obligados: no 
pueden multiplicarse naturalmente fuera de la célula hospedadora.
El virus es una partícula inerte cuando está fuera de una célula
y, por lo tanto, no se considera un microorganismo vivo.
Evolución de los virus
El estudio del origen y de la evolución de los virus se ve dificulta­
do por la falta de restos fósiles. Los síntomas de enfermedades virales 
que conocemos en la actualidad pueden ser rastreados sólo hacia el 
comienzo de los registros de la historia humana. Para realizar estudios 
comparativos, sólo disponemos de virus aislados hace no más de 80 
anos. El incremento considerable de secuencias genómicas virales jun­
io a la sostenible mejora de los métodos bioinformáticos de análisis fi­
logenètico (véase cap. 18, La clasificación de los organismos) posibilitan 
en la actualidad la determinación de las relaciones evolutivas de la ma­
yoría de los virus conocidos. Sin embargo, para elaborar una hipótesis 
sobre el origen de los virus, sólo se pueden hacer extrapolaciones ba­
sadas en el estudio detallado de las características de los virus actuales.
Como vimos, los virus pueden clasificarse en tres grupos principa­
les: los virus cuyo genoma está constituido por ADN, los que poseen 
en algún momento de su ciclo tanto ADN o ARN como material ge­
nético (p. ej., los retrovirus) y aquellos cuyo material genético está 
formado por ARN. Las diferencias entre los virus pertenecientes a los 
tres grupos son profundas y podrían estar indicando tanto orígenes 
independientes como diferencias en la evolución para cada grupo de 
virus.
Algunas hipótesis consideran que los virus evolucionaron con 
posterioridad a sus hospedadores, mientras que otras sostienen la 
existencia de una coevolución de los virus y las células hospedadoras 
desde el comienzo mismo de la vida.
EL GENOMA PROCARIONTE Y SU REGULACIÓN
Sabemos que el genoma procarionte consiste en un único cro­
mosoma, una molécula circular de ADN (véase cap. 5, fig. 5-20). Si 
se desenrollara el cromosoma de la bacteria E. coli y se extendiera 
completamente, mediría 1 mm de largo. Sin embargo, la molécula de 
ADN bacteriano está tan compactada que cabe cómodamente dentro 
de la célula ( f i g . 10-2). Con frecuencia, las regiones que codifican po- 
lipéptidos con funciones relacionadas se presentan juntas formando 
una sucesión en el cromosoma bacteriano. Estos grupos funcionales 
llamados cistrones pueden codificar, por ejemplo, dos cadenas poli- 
peptídicas que formarán una única enzima, o tres enzimas que traba­
jarán en una misma vía metabòlica. Los cistrones suelen transcribirse 
en moléculas únicas llamadas ARNm policistrónicos, en contraste con 
los ARNm monocistrónicos, que poseen información para un único
Fig. 10-2. EL CROMOSOMA CIRCULAR DE LA BACTERIA ESCHERICHIA COLI. L u e g o 
d e ser Usada, e s ta cé lu la d e Exoli l ib e ró su c ro m o s o m a c ircu la r. En esta im a g e n , o b te n id a 
c o n u n m ic ro s c o p io e le c tró n ic o , e l c ro m o s o m a , q u e se e n c u e n tra d is p e rs o fu e ra d e la 
cé lu la , se v e c o m o u na e s tru c tu ra a lta m e n te p le g a d a y c o n m u c h a s cu rva tu ra s .
i j o i
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184 SECCIÓN I I PATRONES Y PROCESOS DE LA HERENCIA
ENSAYO 10-1 
VIRUS EMERGENTES
Hacia finales del siglo xx se pensaba con optimismo que las 
enfermedades infecciosas se estaban controlando por medio 
del mejoramiento de las condiciones de higiene, de las campa­
ñas de vacunación y de los antibióticos. El ejemplo más claro de 
esto fue la erradicación de la viruela, enfermedad viral que había 
sido devastadora ( ). En ese contexto,
la aparición de nuevas enfermedades infecciosas, en particular 
de origen viral, fue un fenómeno que sorprendió y al que hubo 
que dar respuesta desde varios sectores. La aparición del sida, 
en 1979, y su rápida expansión a nivel mundial, incluso en países 
desarrollados, llevó de nuevo a volcar los esfuerzos en la inves­
tigación y el desarrollo de nuevas vacunas, drogas antivirales y 
campañas de prevención (véa
). Los progresos técnicos, principalmente desde la biología 
molecular para el estudio de agentes infecciosos, permitieron 
identificar nuevos virus antes desconocidos, como los virus de 
las hepatitis C, E y F, el hantavirus en 1993, el herpesvirus del sar­
coma de Kaposi en 1995 y también reconocer el origen viral de 
algunos cánceres. Más recientemente, en 1997, se detectó el pri­
mer caso en humanos de virus de la influenza o gripe A(H5N1), 
hasta ese momento sólo conocido como agente infeccioso de 
aves, y en marzo de 2009 fue aislado un nuevo virus A(HINI) de 
origen porcino. Si bien típicamente los virus A son específicos de 
aves y mamíferos no humanos, se producen variantes de estos 
virus por reorganizaciones genéticas que involucran virus huma­
nos y animales. En el caso del A(H1 N I) contiene 5 segmentos de 
origen porcino, 2 aviares y 1 humano. A principios de este siglo 
se observó la amplia difusión del coronavirus SARS, que produce 
trastornos respiratorios serios, cuyo daño logró reducirse gracias 
a una intensa campaña de control. La emergencia de muchas 
enfermedades infecciosas nuevas muy probablemente está re­
lacionada con cambios en la población humana y sus comporta­
mientos, y con modificaciones del ambiente. En algunos casos, 
estos cambios pusieron en contacto a los seres humanos con po­
blaciones salvajes de animales que son reservónos de virus que 
hasta ese momento eran poco accesibles. Estas transmisiones 
accidentales de virus desde reservorios salvajes al hombre pue­
den ocasionar infecciones muy graves en individuos que nuncaantes habían tenido contacto con esos agentes infecciosos y, por 
lo tanto, sus sistemas inmunitarios nunca habían sido expues­
tos a esos patógenos. Igualmente, los cambios mencionados 
pueden influir en la reaparición de enfermedades infecciosas 
supuestamente superadas y en la incorporación de nuevas resis­
tencias en los microorganismos ya conocidos.
El material genético puede intercambiarse y modificarse na­
turalmente por medio de diversos mecanismos. La comprensión 
de estos procesos naturales involucra grandes desafíos en el 
campo de la biología evolutiva y de la salud humana. Al mismo 
tiempo, muchos de estos conocimientos se han convertido en 
la actualidad en la base para el desarrollo de poderosas herra­
mientas de la biología molecular. Estas dos cuestiones están ínti­
mamente relacionadas y abren diversos caminos de estudio y de 
debate: por un lado, conducen a profundizaren el conocimiento de 
los mecanismos que dieron origen a estos fenómenos y, por otro, 
a analizar y reflexionar sobre las perspectivas y problemáticas que 
genera la aplicación de las técnicas de la ingeniería genética, 
tema que veremos en el próximo capítulo.
Fig. 10-3. MICROFOTOGRAFÍA DE PLÁSMIDOS AISLADOS
polipéptido. La síntesis de grupos de polipéptidos que trabajan jun­
tos constituye una manera simple y eficaz de controlar su aparición 
simultánea cuando la bacteria los necesita.
Además del cromosoma circular característico, los procariontes 
suelen tener pequeñas moléculas circulares de ADN llamadas pía*' 
midos que son capaces de replicarse en forma autónoma (figs. lO'l 
y 1). Como veremos en el capital > L1, los plásmidos son aprove­
chados como una herramienta fundamental para la modificación de 
la información genética de un organismo.
Regulación de la expresión génica en procariontes
Una característica de E. coli y otros procariontes es su versatilidan 
en el uso de nutrientes: como resultado de su larga historia evolutiv8»1 
puede fabricar alrededor de 1.700 enzimas y otras proteínas difei'en 
tes, y así aprovechar casi cualquier dieta.
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CAPITUL010 | LOS GENOMAS, SU EXPRESIÓN Y REGULACIÓN 185
Fig. 10-4. PLÁSMIDOS EN REPLICACiÓN EN UNA BACTERIA ESCHERICHIA COLI.
(a) Al Igual q u e en el c ro m o s o m a b a c te r ia n o , la re p llc a c ló n ès b ld ire c d o n a l. Casi a la s 'd o s 
en p u n to ' en la fo to g ra fía d e l p lá s m ld o se p u e d e v e r e l “o jo 'd e re p llc a c ló n , d o n d e las d o s 
dobles hé lices (cada u na fo rm a d a , c o m o se rec o rd a rá , p o r u na c a d e n a v ie ja y u na n ue va ) 
com ienzan a separarse u na d e o tra , (b) Se ha rea liza d o m á s d e la m ita d d e l p ro c e s o d e 
rep licación y (c) los d o s p lá s m ld o s es tán a p u n to d e separarse.
A diferencia de los organismos eucariontes como los humanos, E. coli 
puede sintetizar cada uno de sus aminoácidos a partir de amoníaco y una 
fuente de carbono.
En términos energéticos, E. coli es también altamente eficiente en 
la regulación de los procesos de síntesis ya que no produce todas las 
proteínas posibles al mismo tiempo, sino sólo cuando las precisa y 
en las cantidades necesarias. La regulación de la síntesis de proteínas 
podría ocurrir en muchos puntos a lo largo del proceso de flujo de la 
información genética. Sin embargo, en los procariontes, la regulación 
ocurre principalmente a nivel de la transcripción, lo que resulta muy 
eficaz porque evita la síntesis innecesaria de polipéptidos. La regu­
lación involucra interacciones de compuestos del ambiente químico 
de la célula con ciertas proteínas codificadas por genes reguladores. 
Estas p r o te ín a s r e g u la d o r a s pueden funcionar como controles 
negativos, al reprimir la transcripción del ARNm, o como controles 
positivos, al inducirla. El hecho de que en procariontes el ARNm se 
traduzca en proteínas en forma tan inmediata (aun antes de que se 
haya completado la transcripción) y se degrade tan rápido incrementa 
aún más la eficacia de esta estrategia de regulación.
Ante determinadas señales ambientales, como la ausencia de un 
cierto nutriente, los sistemas de regulación, provocan un aumento en 
la síntesis de determinadas enzimas, aumentando su concentración. 
Este tipo de enzimas se denominan enzimas inducibles. Además, la 
síntesis de una enzima puede inhibirse cuando aumenta la concen­
tración de los productos de las reacciones que ellas mismas catalizan. 
Estas son las enzimas reprimibles.
Es oportuno aquí distinguir entre inducción y activación enzimá- 
ticas. La in d u c c ió n implica la fabricación de una cantidad mayor de 
moléculas de enzima, mientras que la a c t iv a c ió n implica que las enzi­
mas ya presentes en la célula aumenten su actividad catalítica al unirse 
a otra molécula facilitadora (véase cap. 6, Metabolismo y energía).
EL GENOMA EUCARIONTE
Como vimos, el genoma de los eucariontes está contenido en el nú- 
deo celular. Esta organela está delimitada por una doble membrana 
Porosa sostenida en su lado interno por una malla de láminas protei­
cas o filamentos que forman el nucleoesqueleto o jaula nuclear. En el 
lado citoplasmàtico, la membrana nuclear externa se continúa con las 
membranas del retículo endoplasmático (véase cap. 4, fig. 4- ! 9). Los 
Poros nucleares dejan pasar macromoléculas de gran tamaño, como
las largas moléculas de ARNm y diversas proteínas, en forma selec­
tiva. Cuando las células comienzan procesos de división, ya sea por 
mitosis o por meiosis, la membrana nuclear se desintegra y el nucleo­
esqueleto se desarma (véase cap. 5, fig. 5-8a).
El genoma eucarionte se define como todo el ADN presente en 
los cromosomas, incluidos los genes y las regiones no codificantes.
El ADN de los eucariontes está distribuido en varios cromosomas, 
a diferencia de lo que ocurre en los procariontes, que llevan la infor­
mación en un único cromosoma circular o, en ocasiones, también 
en plásmidos. Pero las diferencias no terminan ahí. Comparado con 
el genoma procarionte, el genoma eucarionte se caracteriza por las 
siguientes características:
♦ Posee una mayor cantidad de ADN.
♦ Los genes se encuentran interrumpidos por intrones.
* Presenta una gran proporción de ADN intergénico rico en se­
cuencias repetitivas.
• El ADN que forma los cromosomas está íntimamente asociado 
con proteínas.
• Las secuencias codificadoras y reguladoras del ADN están organi­
zadas de manera sumamente compleja.
La organización del genoma eucarionte está estrechamente rela­
cionada con la regulación de su expresión.
Cantidad de ADN
Los eucariontes tienen más ADN que los procariontes. En una 
misma especie, con unas pocas excepciones, los individuos tienen la 
misma cantidad de ADN en cada una de sus células diploides. En 
contraste, las variaciones entre diferentes especies son enormes. Por 
ejemplo, cada célula de la mosca de la fruta D. melanogaster tiene 
alrededor de 180 millones de pares de bases (Mpb) por genoma ha- 
ploide, sólo unas 40 veces más que E. coli. Los seres humanos, con 
cerca de 3.500 Mpb por célula, tenemos casi la misma cantidad que 
un sapo, poco más que un ratón y 20 veces más que la mosca de la 
fruta. La planta favorita de los genetistas vegetales, Arabidopsis tha- 
liana, tiene 125 Mpb, lo cual la convierte en la planta con el genoma 
más pequeño que se conoce hasta el momento. Además de diferir en la 
cantidad de ADN, las distintas especies difieren en el número de genes.
Como se vio en el capítulo 9 el concepto de gen fue cambiando a 
lo largo de la historia. Hoy sabemos que no todos los genes codifican 
proteínas. La definición funcional para la biología molecular indica 
que un gen es una secuencia de ADN que codifica una molécula de 
ARN funcional, ya sea ésta una molécula con función estructural, 
reguladora o un ARN mensajero, intermediario en la síntesis de un 
polipéptido (véase Temas en debate, en cap. 9).
Genes interrumpidos por intrones
Como vimos en el capítulo 9, en el ADNde los eucariontes exis­
ten secuencias llamadas intrones que se alternan con los exones. Los 
intrones se transcriben a moléculas de ARN pero se escinden an­
tes de la traducción en proteínas por medio del proceso de corte y 
empalme (véase cap. 9, fig. 9-6); los exones, por el contrario, persis­
ten en los ARN maduros. El número y el tamaño de los intrones en 
cada gen varía considerablemente: por ejemplo, el gen que codifica
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1 8 6 SECCIÓN III | PATRONESY PROCESOS DE LA HERENCIA
la ovoalbúmina, una proteína muy abundante en los huevos de las 
aves, tiene siete largos intrones (Jfig. 10-5), mientras que el gen que 
porta información para una de las subunidades de la hemoglobina 
en mamíferos, la globina beta, tiene sólo dos intrones. También se 
han encontrado intrones en los genes que codifican ARNt y ARNr e 
incluso en ciertos virus.
En algunos casos, diferentes exones codifican distintos segmentos 
que constituyen dominios proteicos, unidades estructurales y/o fun­
cionales discretas de una misma proteína ( : 0 6). Por ejemplo, el
exón central del gen de la globina beta codifica un dominio que se une 
al grupo hemo; los otros dos exones codifican dos dominios que se 
pliegan alrededor de la porción central de la molécula.
No hay certeza acerca de qué surgió primero en la historia evolutiva, 
si los genes continuos o los discontinuos. Se piensa que los primeros 
genes fueron los interrumpidos por intrones. Se especula que en bacte­
rias y otros microorganismos que tienen una tasa de reproducción alta 
(y que por ende tienen una tasa de cambio también alta) todo el ADN 
innecesario podría haber sido eliminado en el curso de la evolución.
ADN Gen estructural de 7.700 pares de bases
50 nm
Fig. 10-5. HIBRIDACIÓN DE UN FRAGMENTO DE ADN CON SU ARN MENSAJERO 
MADURO, (a) Esta fo to g ra fía o b te n id a p o r m ic ro s c o p ía e le c tró n ic a m u e s tra los res u l­
ta d o s d e u n e x p e r im e n to e n e l cu a l u na so la c a d e n a d e A D N - la c a d e n a m o ld e q u e 
c o n tie n e el g e n q u e c o d ific a la o v o a lb ú m in a (c o m p o n e n te p r in c ip a l d e la c lara d e h ue vo ) 
se h íb r id o c o n el A R N m d e la o v o a lb ú m in a (véase cap. 9, ensayo 9 - 1). Las secuenc ias c o m ­
p le m e n ta ria s d e A D N y A R N m se m a n t ie n e n u n id a s p o r p u e n te s d e h id ró g e n o , (b) En el 
e sq ue m a se p u e d e n o b s e rv a r o c h o reg io n es apa readas d e es te m o d o , q u e c o rre s p o n d e n 
a los exo ne s m a rc ad o s c o n los n ú m e ro s 1 a 8. A lg u n o s s e g m e n to s d e l A D N n o tie n e n seg ­
m e n to s c o r re s p o n d ie n te s d e A R N m y, así, se e x tie n d e n e n fo rm a d e b u c le s hac ia fu e ra 
d e l h íb r id o : so n lo s s ie te in tro n e s , m a rc a d o s c o n las le tras A has ta G. S ó lo los e x o n e s se 
tra d u c e n e n re g io n e s o d o m in io s p ro te ico s .
i i i 
iii
ADN
Gen estructural con tres exones
|—Exón 1—1|—Intrón—1|—Exón 2—1|— Intrón—1|— Exón 3 —|
-----------------------------1-----------------------------
Transcripción
Traducción
I
Exones diferentes 
especifican distintos 
dominios de una proteína
Fig. 10-6. LOS EXONES CODIFICAN DOM INIOS. Los d o m in io s son re g lo n e s estructg 
rales y /o fu n c io n a le s d isc re ta s d e u na m ism a p ro te ína .
Gran proporción de ADN intergénico
Mientras que en los compactos genomas de procariontes prácti­
camente todo el ADN se expresa, los genomas de eucariontes su­
periores (animales, plantas y hongos pluricelulares) contienen mu­
chas secuencias no codificantes que no se transcriben en moléculas 
de ARNm. Estas secuencias alcanzan hasta un 67% en el genoma 
humano. La función de gran parte del ADN eucarionte intergéni 
co todavía es poco conocida y su significado es motivo de intensas 
controversias (recuadro 10-1, Genomas: genes y regiones intéF 
génicas).
Como vimos, el ADN puede encontrarse condensado en los cro­
mosomas, pero desespiralizado consiste en largas y ligeras hebras. 
Si se estirase completamente el ADN de cada cromosoma humano, 
éste tendría unos 3 a 4 centímetros de largo. Por lo tanto, cada célula 
diploide, con sus 46 cromosomas, aportaría unos 2 metros de ADN 
en esa situación artificial. Es difícil imaginar la enorme longitud < 
todo el ADN proveniente de las numerosísimas células del cuerpo 
humano (unos 2 x 1011 kilómetros, unas 30 veces la distancia i 
separa a Plutón del Sol).
Secuencias repetidas
Casi la mitad del ADN de la célula eucarionte consiste en secuen 
cias de nucleótidos que se repiten centenares o hasta millones i 
veces. Las secuencias repetidas se presentan en distintas formas, nú 
mero y ubicación, y se han clasificado de acuerdo con esas caracte­
rísticas. Por ejemplo, hay secuencias no codificantes que se repiten 
en tándem, es decir, las copias aparecen una después de la otra, 
ocasiones formando grandes bloques. Un ejemplo de este tipo de re­
petición es la secuencia GTTAC.
En los centrómeros y los telómeros de los cromosomas ( v c a s e ca[a 
5, fig. 5-7), existen largas regiones que alojan a este tipo de secuencias 
cortas, repetidas muchas veces.
Estructura cromosómica: una asociación íntima entre
ADN y proteínas
Como vimos, el ADN de cada cromosoma humano, estirado corn. 
pletamente, alcanzaría una longitud de unos 3 a 4 centímetros, 
embargo, el cromosoma posee aproximadamente unos 5 micrones 
de largo. Esto se debe a que, en el núcleo de las células eucarionte5' 
el ADN está altamente plegado y empaquetado. Las responsables del 
primer nivel de empaquetamiento son un grupo de proteínas aso­
ciadas al ADN denominadas proteínas histónicas o, simplemente. 
histonas.
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CAPÍTULO 10 | LOS GENOMAS, SU EXPRESIÓN Y REGULACIÓN 187
Genomas: genes y regiones intergénicas
La función de las regiones intergénicas aún es motivo de in­
tensa discusión. Es muy probable que la gran abundancia de 
ADN intergénico haya cumplido un papel clave en la evolución 
de organismos complejos como los vertebrados y las plantas. 
Su presencia parece haber contribuido a la aparición de nuevos 
reordenamientos y reagrupamientos de genes en los cromoso­
mas. Si bien estas secuencias pueden haber sido importantes en 
la filogenia -la historia evolutiva-, no parecen estar relacionadas 
con ninguna función definida en la ontogenia, el desarrollo de un 
individuo. Más aún, es posible que gran parte del ADN intergéni-
t co sea totalmente prescindible para el desarrollo normal del orga­nismo que lo posee. Varias investigaciones realizadas en el geno- ma del pez globo (Fugu rubripes) y la comparación del genoma de este pez con humanos apoyan tal idea. Si bien ambos son verte­
brados con un grado similar de complejidad de tejidos y sistemas 
de órganos, el genoma del pez globo es más pequeño y compacto 
que el humano. Esto no se debe a que tiene menos genes, sino a 
que sus regiones intergénicas y no codificantes son más cortas. De 
hecho, algunas investigaciones recientes en ratones demostraron 
que la eliminación de algunas regiones intergénicas no parece in­
troducir alteraciones en el fenotipo del animal.
En los últimos años se ha logrado develar la secuencia de una 
gran cantidad de genomas, incluido el humano. La secuenciación 
del genoma humano se completó en 2003, en el marco del Proyec­
to Genoma Humano ( ). Durante poco
más de una década, cientos de investigadores de diferentes países 
lograron descifrar la secuencia completa de los 3.000 millones de 
pares de bases de ADN de las células humanas. En los últimos 
años se ha logrado secuenciar alrededor de 150 especies de or­
ganismos eucariontes y 1.700 procariontes. Entre los eucariontes 
se encuentran diversos vertebrados (como chimpancés, ratones, 
sapos, gallinas) e invertebrados (entre ellos insectos y crustáceos), 
así como también una gran variedad de plantasy hongos.
El número de genes y la complejidad
Se estima que en los humanos, y muy probablemente en todos 
los mamíferos, hay alrededor de 25.000 genes. De estos, unos 700 
codifican RNA que no son mensajeros e incluyen ARNt, ARNr, 
ribozimas y otros. Dado que la longitud promedio de los exo- 
nes humanos (150 pares de bases) es mucho menor que la de los 
intrones (3.300 pares de bases), las secuencias codificantes que 
darán proteínas constituyen el 1,5% de nuestro genoma.
Uno de los hallazgos más sorprendentes de la secuenciación 
del genoma humano es que tenemos un número de genes no 
muy diferente del de otras especies, según puede observarse en 
el cuadro. Como ya mencionamos, la cantidad de ADN que por­
tamos no difiere mucho de la de algunos otros organismos me­
nos complejos. Recientemente se ha demostrado que tenemos 
menos del doble de genes que el gusano Caenorhabditis elegans y 
sólo cinco veces más genes que una levadura. La respuesta a esta 
paradoja parece estar dada por el splicing alternativo (
). Mientras que en C. elegans sólo el 22% de los genes 
experimentan splicing alternativo, que aumenta la variedad de 
proteínas codificadas por un único gen, esta variante de splicing 
ocurre en el 60% de los genes humanos.
En los mamíferos, muchas proteínas formadas por dominios 
tienen secuencias conservadas en el curso de la evolución. Aun­
que el 90% de estos dominios se encuentra también en C. elegans 
y en Drosophila, en el linaje de los mamíferos se han incorporado 
nuevas arquitecturas proteicas, es decir, nuevos ordenamientos 
lineales de dominios preexistentes. De esta manera, gracias a un 
número mayor de transcritos producidos por splicing alternativo 
y a la aparición de polipéptidos con nuevas combinaciones de 
dominios, en las células de los mamíferos se genera una inmensa 
variedad proteica responsable de la complejidad fisiológica, mor­
fológica y de comportamiento que nos caracteriza.
Organismo lanianudel genoma Número
Nombre científico
Nombre común 
y ubicación 
taxonómica
Millones de 
pares de bases
estimado 
de genes
H o m o sapiens H o m b re (m a m ífe ro ) 3 .000 25.000
M u s m uscu lus R atón (m a m ífe ro ) 2 .900 30 .000
D ro so p h ila
m e la n o g a s te r
M o sca d e l v in a g re 
( in s e c to )
180 13.600
C ae n o rh a b d itis
e legans
G us an o m ic ro s c ó p ic o 
(n e m a to d o )
97 1.900
S accharom yces
cerevis iae
Lev ad u ra d e ce rveza 
(h o n g o u n ic e lu la r)
12 6 .000
A rab idop s is
th a lia n a
M o sta za sa lva je 
(p la n ta a n g io s p e rm a )
125 25.000
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188 III | PATRONES Y PROCESOS DE LA HERENCIA
(a)
Fig. 10-7. ESTRUCTURA DE UN NUCLEOSOMA. 
(a ) C ro m a tin a d e s c o n d e n s a d a e n la q u e se v e n los 
n u c le o s o m a s u n id o s p o r la fib ra d e A D N a m o d o de 
c u e n ta s d e u n co lla r. El d iá m e tro d e cada c u e n ta es d e 
a p ro x im a d a m e n te 11 n a n ó m e tro s . C ada n u c le o s o m a 
está c o m p u e s to p o r a lre d e d o r d e 140 pares d e bases 
d e A D N y u n c o n ju n to d e o c h o m o lé c u la s d e h is to - 
na. Los e s la b o n e s q u e u n e n los n u c le o s o m a s v e c in o s 
e n tre sí c o n t ie n e n o tro s 3 0 a 6 0 pares d e bases d es­
nudas. El A D N c o n ca rga n e g a tiv a se e n ro lla dos 
ve ce s a lre d e d o r d e u n c o m p le jo d e p ro te ín a s c o n car­
g a p o s itiv a . U na m o lé c u la d e h is to n a d e fo rm a tu b u la r 
( ta m b ié n ca rga d a p o s it iv a m e n te ) se u n e a la s u p e r f i­
c ie e x te rn a d e l n u c le o s o m a . 100 pm
(b)
8 moléculas de histona 
con carga positiva
Fig. 1 0 -8 . FIBRAS DE 3 0 NANÓMETROS. (a ) F o to g ra fía o b te n id a p o r m ic ro s c o p ia 
e le c tró n ic a d e u na p o rc ió n d e c ro m a tin a q u e se e n c u e n tra e n u n s ig u ie n te n iv e l d e e m ­
p a q u e ta m ie n to q u e el m o s tra d o e n la . D a d o su d iá m e tro , esta e s tru c tu ra
d e c ro m a tin a se c o n o c e c o m o f ib ra d e 3 0 n a n ó m e tro s . (b) M o d e lo p ro p u e s to para la 
e s tru c tu ra m o s tra d a e n ! a).
(b)
|- Diámetro 30 nm -)
Bucle Fibra de nucleo
empaquetad
Cromosoma Espirales condensadas
en metafase
UVEI ES DE PLE< ' " MIENTO DEI ADN EUCARIONTE. D e sd e la la e s tru c tu ra d e u n c ro m o s o m a q u e fo rm a p a r te d e la c ro m a tin a (v is ib le al m ic ro s c o p io ó p t ic o ) hasta la 
d o b le h é lic e Im a g in a d a p o r W a ts o n y C rlck (In v is ib le a l p o d e ro s o m ic ro s c o p io e le c tró n ic o ).
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CAPÍTUL010 I LOS GENOMAS, SU EXPRESIÓN Y REGULACIÓN 189
El complejo formado por el ADN y las proteínas histónicas con­
forma la c r o m a t in a , que literalmente significa “hebras teñidas” (se 
la ha llamado así porque se tiñe fuertemente con ciertos colorantes). 
Ivlás de la mitad de la cromatina consiste en histonas, que se sinte­
tizan en grandes cantidades durante la fase S del ciclo celular (\ 
cap 5j f ). La cromatina a su vez está asociada con las lámi­
nas del nucleoesqueleto (véase Un sistema de andamiaje intemo: 
glcitoesqi ¡ en ca] 4) que están en contacto con la membrana 
nuclear interna.
Las histonas empaquetan la cromatina en unidades denomina­
das nucleosomas ( 7) que, al microscopio electrónico, se ven
semejantes a las cuentas de un collar unidas por la fibra de ADN. 
Cada nucleosoma consiste en un núcleo de ocho moléculas de histo- 
na, alrededor de las cuales el filamento de ADN se enrolla dos veces, 
como el hilo alrededor de un carretel. Otra molécula de histona se 
extiende sobre la molécula de ADN, fuera de la parte central del nu­
cleosoma. Cuando un fragmento de ADN está bien enrollado en el 
nucleosoma, su longitud se reduce en una sexta parte.
En el siguiente nivel de condensación de la cromatina, los nucleo­
somas se empaquetan unos sobre otros dando lugar a disposiciones 
regulares en las que la cromatina forma fibras de 30 nanómetros 
(fig- 10-8). Tanto la cromatina de células en interfase como la de 
los cromosomas durante la mitosis presenta este nivel de condensa­
ción. Una condensación ulterior ocurre cuando la fibra de 30 nanó­
metros forma una serie de bucles. Cada bucle se enrolla hasta que, 
finalmente, ramilletes de bucles vecinos se condensan y forman los 
cromosomas compactos que pueden visualizarse durante la mitosis y 
la meiosis ( ). Esta estructura regular podría variar según las
condiciones en las que se encuentran las biomoléculas que confor­
man los cromosomas.
Cuando se transcribe el ADN, la cromatina experimenta ciertas 
modificaciones químicas que hacen que la estructura se relaje, lo que 
favorece la transcripción.
Otras proteínas asociadas con los cromosomas son las enzimas 
vinculadas con la síntesis de ADN y ARN, y las proteínas reguladoras 
de la transcripción (proteínas no histónicas). A diferencia de las his­
tonas, las proteínas reguladoras varían de un tipo celular a otro, tanto 
en su identidad como en abundancia.
Estructura c o m p a c ta y re la ja d a de la c ro m a tin a
La cromatina puede encontrarse en forma laxa, en ese caso se 
denomina e u c r o m a t in a , y en forma fuertemente condensada, en ese 
caso se la llama h e t e r o c r o m a t in a ( f i g . I ). Si retomamos el ciclo 
celular, durante la interfase la heterocromatina está fuertemente con-
Cuentas de collar
, : • • •
»
10 pm
Fig. 10-10. CROMOSOMAS HUMANOS EN METAFASE. Estos c ro m o s o m a s fu e ro n 
te ñ id o s para d is t in g u ir la h e te ro c ro m a tin a , m á s c o n d e n s a d a , d e la e u c ro m a tin a , m e n o s 
co n d e n s a d a . N ó te s e la h e te ro c ro m a tin a in te n s a m e n te te ñ id a en la re g ió n d e l c e n trò ­
m ero .
densada y la eucromatina se encuentra más laxa. Es justamenteen 
esta etapa, en la que el ADN está más accesible y es posible su dupli­
cación, reparación y expresión.
A partir de la profase tardía, la eucromatina aumenta su condensa­
ción hasta llegar al máximo en metafase.
Algunas regiones de heterocromatina son constantes en todas las 
células y nunca se expresan en ningún tejido. Un ejemplo es la croma- 
tina altamente condensada característica de la zona del centròmero 
del cromosoma. Esta región, que no codifica ninguna proteina, des­
empeña un papel estructural en el movimiento de los cromosomas 
durante la mitosis y la meiosis.
El grado de condensación de otras regiones de la cromatina varía 
de una célula a otra dentro de un mismo individuo. Esto se debe a que 
las diferentes clases de células sintetizan proteínas diferentes que se 
transcriben a partir de distintas porciones de ADN. A medida que 
las células se diferencian durante el desarrollo embrionario, las pro­
porciones de heterocromatina y de eucromatina van variando. Los 
segmentos de ADN cuya expresión no es necesaria en una célula di­
ferenciada se encuentran eficazmente “silenciados”.
Doble hélice de DNA
LJ
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190 SECCIÓN III | PATRONES Y PROCESOS DE LA HERENCIA
(a)
Factor de 
transcripción 5
Factor de transcripción 4 
ARN polimerasa II
(b)
□itio de unión de 
proteina reguladora
Proteina
activadora
Transcripción
Factores de transcripción
Fig. 10-11. UN GEN EUCARIONTE Y SU TRANSCRIPCIÓN, (a) U n g e n e u c a r io n te fu n c io n a l t ie n e u n prom otor,
u n a se cu e nc ia d e A D N a la q u e , c o n la a yu d a d e fa c to re s d e tra n s c r ip c ió n , se u n e la ARN p o lim e ra s a II. In ic ia lm en­
te u n fa c to r d e tra n s c r ip c ió n se u n e d ire c ta m e n te al A D N , y s e c u e n c la lm e n te o tro s fa c to re s se v a n adic ionando 
al c o m p le jo . Las a c c io n e s d e estas n u m e ro s a s p ro te ín a s d e te rm in a n c u á n d o y d ó n d e la ARN p o lim e ra s a II Inter­
v e n d rá tra n s c r ib ie n d o el A D N . (b) U n m o d e lo p ro p o n e q u e el p le g a d o d e l A D N p e rm itir ía e l c o n ta c to entre el 
c o m p le jo d e tra n s c r ip c ió n y e l a m p lif ic a d o r (en h a n c e r) q u e está a le ja d o d e l p ro m o to r , a tra vé s d e u na proteína 
a c tiv a d o ra .
El genoma eucarionte: una organización compleja
La organización de un gen eucarionte es evidentemente mucho más 
compleja que la de un gen procarionte. Cada gen eucarionte funcional 
tiene no sólo un promotor -la secuencia de nucléotidos del ADN que re­
cluta a la RNA polimerasa-, sino también otras secuencias importantes 
llamadas elementos de control o de regulación. Estas secuencias, la clave 
de los altos niveles de transcripción observados en los genes eucariontes, 
aumentan altamente la eficiencia de los promotores, es decir, son ampli­
ficadores (en inglés, enhancers) de la transcripción. Estos elementos de 
control suelen estar ubicados hacia el extremo 5' de la cadena codificante 
del gen que controlan, algunos muy cerca del promotor y otros a dis­
tancias mayores "río arriba” de él. En la figura 10-11 se muestra un gen 
eucarionte típico y sus elementos de regulación (fig. 10-11).
LA REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA 
EN LOS EUCRIONTES
La expresión de los genes en eucariontes puede ser regulada en una 
o varias de las etapas que conducen desde el ADN a las proteínas, 
controlando, fundamentalmente: •
• La transcripción (el momento y la frecuencia con que un determi­
nado gen es transcrito).
♦ El procesamiento diferencial del ARNm transcrito.
• El silenciamiento y la degradación del ARNm.
• La traducción de los ARNm a proteínas en el citoplasma.
• La actividad de las proteínas a través de su activación e inactivación.
Los primeros dos pasos del punteo anterior, se describieron en el
capítulo 9.
La regulación de la transcripción en eucariontes es un fenómeno 
complejo. A diferencia de lo que ocurre en procariontes, la ARN 
polimerasa no puede iniciar la transcripción simplemente unién­
dose al promotor del gen que va a transcribir, sino que requiere 
un grupo de proteínas, los factores básales de la transcripción. En 
un primer paso, un factor se une a la caja TATA promotora (véase 
El mecanismo de transcripción: síntesis del ARN mensajero, en cap.! 
9). Luego se van uniendo otros factores que forman el denominado 
complejo basal de la transcripción, junto con la ARN polimerasa 
II. Sólo una vez que se formó el complejo basal puede comenzar la 
transcripción. Sin embargo, también es necesaria la participación 
de otros factores reguladores de la transcripción, un grupo de pro­
teínas que se unen a los amplificadores (o enhancers) y a la maqui­
naria transcripcional. Si esto no ocurre, el nivel de transcripción es 
muy bajo (véase fig. 10-11).
Algunos enhancers están cerca del sitio de inicio y otros se encuen­
tran a miles de pares de bases de distancia, lo cual implicaría que el 
ADN debe torcerse y formar un lazo o bucle para acercar las regiones 
promotoras y los amplificadores entre sí.
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CAPITUL010 | LOS GENOMAS, SU EXPRESIÓN Y REGULACIÓN 191
Otro mecanismo de regulación de la expresión genica se produce
oí- pequeñas moléculas de ARN de cadena simple, llamadas micro- 
ARN (miARN). Un precursor de ARN se pliega sobre sí mismo for­
mando estructuras en forma de horquilla con una región de doble 
cadena. Esta región de ARN de cadena doble se corta en fragmentos 
cortos, un procesamiento de la molécula en el que intervienen enzi­
mas específicas. Estos pequeños fragmentos (miARN) asociados con 
un nuevo complejo proteico dan lugar a una cadena simple capaz de 
unirse a la secuencia complementaria del ARN mensajero y fragmen­
tarlo o bloquear su traducción. Experimentalmente se observó que 
inyectando fragmentos de ARN de cadena doble en una célula euca- 
rionte era posible desactivar el gen que tenía la misma secuencia, por 
lo que este fenómeno experimental recibió el nombre de interferencia 
¿e\ARN o ARNi (véase Silenciamiento del material genético, en cap. 11).
Existe otro tipo de control de la expresión gènica que involucra cam­
bios químicos en el propio ADN genómico. Este proceso se denomina 
imprinting o impronta genómica. Ciertas enzimas son capaces de in­
troducir “marcas" en el ADN que no modifican su información gené­
tica pero que cambian el estado funcional de la cromatina. Tal es el 
caso de la incorporación de grupos metilo (CH3) en una de las bases 
nitrogenadas -las citosinas (C)— de ciertos genes, lo cual actúa como 
una señal inhibitoria de su expresión porque estos modifican indi­
rectamente la estructura de los nucleosomas, compactándolos. Estas 
marcas de metilación con frecuencia son heredadas por las células 
hijas durante la mitosis y la meiosis, pero también pueden aparecer o 
desaparecer durante el desarrollo embrionario o durante la diferen­
ciación celular. Incluso pueden ser inducidas por ciertas hormonas y 
sustancias externas. Estos cambios se consideran epigenéticos más 
que genéticos, dado que no involucran mutaciones, es decir, no hay 
modificación de la secuencia de nucleótidos del ADN. Si bien el ge­
noma es el mismo en todas las células de un individuo, los factores 
reguladores de la transcripción determinan que algunos genes se ex­
presen permanentemente en todas las células del organismo (expre­
sión constitutiva), mientras que otros lo hacen sólo en ciertos tejidos, 
en determinados momentos del desarrollo u obedeciendo a la apari­
ción de señales externas, como hormonas, luz o estrés. La epigenética 
es un área muy prominente de investigación y requiere un análisis 
integrador de todos los factores que inciden en la expresión de los 
genes. Actualmente, los microchips de ADN son un recurso técnico 
que contribuye a comprender estos complejos procesos regulatorios 
(recuadro 10-2, Microchips de ADN).
La expresión gènica en animales: transgénicos y clones
Unanimal que incorpora información genética nueva, por agre­
gado de ADN ajeno mediante técnicas de ingeniería genética, se 
denomina transgénico y el gen incorporado se denomina transgén.
Durante la década de 1980, la idea de introducir genes extraños en 
ciertos organismos se convirtió en realidad. El experimento pionero 
se remonta a principios de la década de 1980, cuando Jon W. Gordon 
y Frank H. Ruddle de la Universidad de Yale, Estados Unidos, inser­
taron con éxito el gen que codifica la globina en conejos, en óvulos 
fecundados de ratón. Los ratones desarrollados a partir de los cigo­
tos modificados incorporaron el gen extraño en un sitio al azar en 
el genoma de todas las células y el gen luego pasó a las generaciones 
siguientes según una distribución mendeliana. Los ratones que ha­
bían recibido el gen de conejo produjeron la globina de conejo (íig.
1,1 1 ). El hecho de que el transgén se expresara sólo en los glóbulos 
rojos y no en otros tejidos de ratón indicaba, por un lado, que había 
traído consigo las regiones reguladoras de la transcripción y, por otro, 
que estaba bajo los mismos mecanismos de control celular que el gen
(a)
$ X c f
Extracción del óvulo fecundado De las células de conejo se 
antes de la fusión de los núcleos extrae el gen de la globina p
Implantación del Progenie con glóbulos rojos
óvulo fecundado tratado —► que contienen poiipépticos 
en el oviducto de globina p del conejo
(b)
Bn0¡E>_ Fig- 10-12. OBTENCIÓN DE UN ANIMAL TRANSGÉNICO. (a) E squem a 
d e l p ro c e d im ie n to p o r e l c u a l G o rd o n y R u d d le in s e rta ro n e n ra to n e s e l 
C ---1 ° g e n d e g lo b in a b e ta d e c o n e jo . El g e n fu e in tro d u c id o e n p lá s m id o s (véase
cap . 11, Lo manipulación de la información genérica), q u e lu e g o se in y e c ta ro n e n ó v u lo s 
fe c u n d a d o s ju s to a n te s d e q u e se fu s io n a ra n lo s n ú c le o s d e l ó v u lo y d e l e s p e rm a to z o id e . 
D e sp ué s d e la In y e c c ió n , ios ó v u lo s fe c u n d a d o s se im p la n ta ro n e n e l ú te ro d e u n ra tó n 
h e m b ra q u e p a r ió va rias crías a l c a b o d e 21 d ías d e g e s ta c ió n . El p o l lp é p t id o d e g lo b i­
na b e ta d e l c o n e jo esta b a p re s e n te e n los g ló b u lo s ro jo s d e los h ijo s y las té c n ic a s d e 
h ib r id a c ió n m o s tra ro n q u e e l t ra n s g é n se hab ía in c o rp o ra d o e s ta b le m e n te a su A D N .
(b) F o to g ra fía q u e m u e s tra la In y e c c ió n d e u n a su sp e n s ió n d e p lá s m id o s en u n ó v u lo 
fe c u n d a d o . El d iá m e tro d e la p u n ta d e la m lc ro p lp e ta es d e a lre d e d o r d e 0,5 m ic ró m e tro s 
pero , para la esca la d e ta m a ñ o s d e los e le m e n to s q u e se m a n ip u la n , e s te p ro c e d im ie n to , 
c o m o d i jo G o rd o n , "e q u iv a le a q u e u na p e rso n a fu e s e g o lp e a d a p o r u n p o s te d e ca b les 
d e te lé fo n o ". Sin e m b a rg o , s u e le s o b re v iv ir u n n ú m e ro s ig n if ic a tiv o d e óvu los .
de globina endógeno de ratón. Durante esos años también se consi­
guió crear ratones transgénicos portadores del gen de la hormona del 
crecimiento humana. En este caso, el gen introducido se puso bajo
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192 SECCIÓN III | PATRONESY PROCESOS DE LA HERENCIA
RECUADR010-2
Microchips de ADN
Los microchips de ADN permiten realizar estudios de la expre­
sión génica. En contraste con las aproximaciones experimentales 
clásicas al problema de la expresión, que buscan identificar una 
secuencia conocida determinada de ARNm -o, a lo sumo, unas 
pocas en forma simultánea-, los chips permiten monitorear la 
expresión simultánea de muchos genes de un genoma en un úni­
co experimento. Los chips de ADN tomaron su nombre de los 
chips en los que se basa el procesamiento de la información en 
las computadoras -unas pequeñas piezas de material semicon­
ductor, entre las que se encuentran los transistores, dispuestas en 
un circuito electrónico-. En los chips de ADN, en lugar de tran­
sistores hay secuencias de ADN depositadas en una grilla cuadri­
culada sobre un soporte sólido del tamaño de un cubreobjetos 
como los que se usan en los preparados de microscopía. La base 
de la técnica es simplemente la hibridación de esas secuencias con 
sus complementarias de ARNm obtenidas en distintas situacio­
nes (v 1 en ayi i). De este modo, es posible comparar
la expresión de genes activados de manera específica en células 
provenientes de un tejido determinado, en células tumorales o en 
células de un mismo tejido antes del tratamiento con un medica­
mento y después de éste. Las secuencias de ARNm presentes en 
los híbridos de la preparación indican qué genes se expresaron.
M ic ro c h ip d e A D N q u e m u e s tra g e n e s a c tiv o s o e n c e n d id o s (en a m a r illo ) e in ac tivo s 
o a p a g a d o s (en ro jo ).
Oveja dadora de células 
mamarlas
Extracción de células 
de la ubre (2n)
Cultivo 
de células 
somáticas (2n)
Oveja dadora de oocltos
Extracción de oocitos
Extracción del núcleo del 
oocito con mlcropipeta
Fusión del núcleo de la célula 2 n y el oocito sin núcleo
Activación de la división celular 
por shock eléctrico
Fig. 10-13. CLONACIÓN DE DOLLY. E squem a d e l p ro ce so q u e p e rm it ió d o n a r 
u n m a m ífe ro a p a r t ir d e u na cé lu la to ta lm e n te d ife re n c ia d a .
todos los tejidos del adulto (a diferencia de lo que ocurre en el ratón 
silvestre, en el que el gen propio de la especie sólo se expresa en la 
hipófisis). Los ratones transgénicos alcanzaron tamaños mucho ma 
yores que sus congéneres normales.
En 1996 se desarrolló una metodología que permite obtener clones 
de animales, es decir, copias genéticas idénticas, con el empleo de célu 
las sexuales pero sin la necesidad de cruzas sexuales convencionales. El 
grupo, liderado por los investigadores escoceses Keith Campbell y Ian 
Wilmut del Roslin Institute de Edimburgo, Escocia, realizaron un pro­
cedimiento cuyo punto de partida son células somáticas de una oveja 
adulta, mantenidas en cultivo. Este procedimiento se basa en la transfe­
rencia del núcleo de una de dichas células diploides diferenciadas, a un 
óvulo no fecundado (oocito) al cual previamente se le extrajo el núcleo 
que albergaba su propio material genético. Este procedimiento de ma 
nipulación se pealiza con una gran cantidad de oocitos de los cuales, 
sólo unos pocos comienzan a desarrollarse como embriones normales. 
En mamíferos, estos embriones son implantados en el útero de madres 
sustitutas.
De este experimento nació Dolly, el primer mamífero clonado a 
partir de un individuo adulto (fig. 10-13). El clonado de animales es 
una técnica en pleno auge y su utilización es objeto de muchos deba 
tes, como se verá en el capítulo 32.
La técnica de clonado se realizó ya en varios países, entre los que 
se encuentran Gran Bretaña, Estados Unidos, Canadá, Francia, Ale­
mania, Australia, Nueva Zelanda, Japón y Corea. En Latinoamérica 
se está comenzando a realizar. En marzo de 2001, un equipo de in 
vestigación de Brasilia clonó una vaca, Victoria, a partir del tejido de 
otra vaca. En agosto de 2002, la compañía argentina de biotecnología 
Biosidus anunció el nacimiento de su primera ternera clonada en un 
campo en Buenos Aires, República Argentina. La vaca clonada per 
fenece a la raza Jersey y fue bautizada “Pampa" (fig. 10-14). Esta clo­
nación es parte de un proyecto que apunta a producir medicamentos 
mediante la introducción de transgenes específicos en animales. En
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0 I LOS GENOMAS, SU EXPRESIÓN Y REGULACIÓN 193
[oS meses siguientes nacieron otras terneras clonadas, a algunas de 
las cuales se les había insertado el gen humano de hormona de creci­
miento, es decir que eran transgénicas, En octubre de 2003, Biosidus 
anuncióque una de las terneras, Pampa Mansa, estaba produciendo 
leche con buena cantidad de hormona del crecimiento humana. Esto 
demostró que el gen que codifica la hormona se insertó en el genoma 
de la ternera. En el año 2011, la Argentina encaró la producción por 
clonación de vacas transgénicas para la producción de leche mater- 
nizada. El tratamiento consistió en introducir genes humanos que 
contienen la información para dos tipos de proteínas: la lactoferrina, 
que favorece la absorción de hierro, y la lisozima, que tiene propie­
dades bacterianas y refuerza la acción del sistema inmunitario. Otros 
mamíferos clonados en experimentos de investigación en el mundo 
incluyen el ratón, el conejo, el cerdo y la rata.
Fig. 10-14. PAMPA MANSA, UNA VACA CLONADA
RETOMANDO LA PROBLEMATICA INICIAL 
El momento oportuno para que cambien las ideas
En sus trabajos con granos de maíz, McClintock analizó las 
diferencias en color y otras variaciones del maíz, similares a las 
observaciones llevadas a cabo con Drosophila en el laboratorio 
de Morgan. En la planta de maíz, el choclo o mazorca presenta 
características particularmente deseables para los estudios gené­
ticos ya que cada grano en una mazorca contiene un embrión, 
producto de una fecundación individual. Por lo tanto, en una sola 
mazorca pueden ser analizados cientos de descendientes. Duran­
te la década de 1940, la investigadora estudiaba mazorcas de maíz 
coloreado o variegado. McClintock propuso que en cada grano 
existían porciones de ADN que podían movilizarse dentro de un 
mismo cromosoma, o incluso entre distintos cromosomas y esto 
resulta en granos que presentan una coloración moteada o en 
mosaico. McClintock arribó a la conclusión de que las manchas 
en los granos de maíz son producto de la actividad de elementos 
transponibles que afectan a genes responsables de la síntesis de 
pigmentos. También propuso que estos elementos genéticos par­
ticipan en la organización y regulación de la expresión de ciertos 
genes, hipótesis que resultaba muy contrastante con las ideas pre­
dominantes en el campo de la genética.
Algunos historiadores consideran que probablemente la revalo­
rización de las ideas de McClintock se debió en parte a la publica­
ción realizada en 1960 por los científicos franceses, Francois Jacob 
y Jacques Monod. Estos científicos usaban como modelo la bacte­
ria Escherichia coli para describir cómo ciertas secuencias de ADN 
eran las responsables de la regulación de la expresión genética en 
procariontes, y en su trabajo hacían referencia a los resultados de 
McClintock. Esta confluencia de procesos semejantes en organis­
mos diferentes dio lugar a un giro importante en los conceptos 
genéticos de la época. Las propuestas de McClintock abrieron la 
puerta a formas alternativas de concebir la naturaleza de los genes.
Barbara McClintock recibió el Premio Nobel en 1983 y con­
tinuó con su trabajo hasta poco antes de su muerte, en 1992.
En un homenaje realizado un año antes de morir, J. Watson 
dijo que hay “3 emes" en genética: “Mendel, Morgan y McClin­
tock. Gregor Mendel y Thomas Hunt Morgan nos han enseñado 
lo regular que es el genoma y Barbara McClintock nos ha ense­
ñado lo irregular que es". Esta aparente paradoja planteada por 
Watson pone en evidencia las limitaciones a la comprensión que 
impone una visión reducida del genoma. Barbara ha dicho so­
bre este punto: “Las irregularidades y sorpresas que encuentran 
actualmente los biólogos moleculares en el comportamiento del 
ADN no expresan la ruptura de un orden sino la inadecuación 
de los modelos disponibles, que no dan cuenta de la complejidad 
existente" El genoma no es regular ni irregular, sólo se presenta de 
este modo si se lo mira desde modelos que no dan cuenta de sus 
complejos mecanismos de regulación y expresión. El problema es 
que frecuentemente los paradigmas se dogmatizan, los concep­
tos se naturalizan y quienes trabajan con ellos tienen dificultades 
para revisarlos críticamente. Uno de los méritos de Barbara fue su 
capacidad de no apegarse a las ideas que propuso. Cuando recibió 
el Premio Nobel, dijo: “Al pasar los años he disfrutado sin tener 
que defender mis teorías. Podía disfrutar simplemente trabajan­
do. Nunca sentí la necesidad o el deseo de defenderlas. Si algo 
estaba equivocado, simplemente me olvidaba de que yo había te­
nido esa opinión. No tenía importancia”
Una década antes había expresado: “A lo largo de los años he 
descubierto que es difícil, si no imposible, hacer que otra persona 
sea consciente de sus suposiciones tácitas. He tenido conocimiento 
de ello por algunas experiencias personales. Esto se hizo dolorosa­
mente evidente en la década de los 50 cuando intenté convencer a 
mis colegas de que la acción de los genes tenía que estar y estaba 
controlada. Hoy día es igualmente doloroso reconocer la inmovi­
lidad de las suposiciones que otras personas mantienen respecto 
de los elementos reguladores en el maíz y su modo de acción. Uno 
debe esperar al momento propicio para un cambio conceptual”
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194 SECCIÓN III | PATRONES Y PROCESOS DE LA HERENCIA
SITUACIONES PROBLEMÁTICAS
¿Qué significado adaptativo podría tener el hecho de que 
los genes codificantes de las enzimas que intervienen en una 
misma vía metabólica sean contiguos y se transcriban en una 
sola molécula de ARNm?
Teniendo en cuenta la especificidad en el mecanismo de ac­
ción de los virus, ¿qué consecuencias podría tener una muta­
ción en los genes que codifican las proteínas de la cápside de 
un virus para los posibles hospedadores? ¿Y para el virus?
Teniendo en cuenta las distintas formas de la regulación de la 
síntesis proteica en las bacterias, analice la siguiente figura:
¿Cuál de ellas representa la regulación de una enzima induci­
ble y cuál a una reprimible?
Compare el genoma procarionte y el eucarionte. Para ello 
realice un cuadro que refleje los siguientes criterios de com­
paración: a) ubicación del material genético, b) cantidad de 
ADN, c) continuidad de los genes, c) cantidad de cromoso­
mas y su organización estructural.
Recuerde las explicaciones sobre clonación y transgénesis, y 
responda a las siguientes preguntas:
a) ¿Por qué razón es necesario eliminar el núcleo del oocito 
receptor?
b) ¿Por qué razón el animal clonado se asemeja al que aporta 
las células diferenciadas y no al que aporta el oocito?
c) ¿Cuál es la diferencia entre las vacas Pampa y Pampa 
Mansa? Explique.
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	Invitación a la Biología en Contexto Social 7ª Edición
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