La célula y los descubridores del gen

La ciencia se compone de errores, que a su vez,
son los pasos hacia la verdad.”
Julio Verne

En un artículo anterior se dio una breve descripción sobre la célula, que nuevamente se ilustrará con más detalles. Las células tienen la función de regular la nutrición, la relación y la reproducción del organismo vivo.

La célula está constituida por tres elementos:

• Membrana plasmática compuesta de una capa doble lipídica en la que están contenidas ciertas proteínas. Las capas en cuestión sirven de barrera aislante entre los medios acuoso interno y externo.
• Citoplasma contiene el citosol y un conjunto de estructuras llamadas orgánulos celulares que vienen a ser el morfoplasma.
• Material genético (ADN o ácido desoxirribonucleico) contiene varias moléculas. Como se dijo anteriormente, existen dos tipos de células: las procariotas (sin núcleo) y las eucariotas (con núcleo).

Las eucariotas, igualmente presentan una serie de estructuras vitales adicionales, como son:

• Las estructuras membranosas (orgánulos) contenidas dentro del citoplasma y que se les suele llamar sistema endomembranoso.
• Las mitocondrias y los cloroplastos (solo en plantas), orgánulos que se dedican a la producción de energía a partir de la oxidación de la materia orgánica o de la energía luminosa en el caso de las plantas.
• Están también los ribosomas en el citoplasma, que carecen de membranas y sintetizan las proteínas, así como el citoesqueleto, encargado de la elascticidad y forma de las células, y la movilidad de las moléculas y orgánulos contenidos en el citoplasma.
• El núcleo protege al material genético y viabiliza las funciones de transcripción y traducción de forma independiente en tiempo y espacio. El núcleo contiene también en su centro los cromosomas, estructuras transportadoras de largos fragmentos de ADN, material constitutivo de los genes, unidad básica de la herencia.

Estructura de la célula

Los cromosomas almacenan el material genético de la célula y su número suele ser par (célula diploide), una mitad procede del padre y la otra de la madre. La molécula de ADN aparece con dos cadenas enrolladas de nucleótidos. Los genes aparecen en todo el cuerpo vivo y conocen su función dentro del mismo. Existe una excepción y son los gametos o células reproductoras que tienen sólo la mitad de los cromosomas (haploides). En el proceso de reproducción, la otra mitad de los genes es proporcionada por el gameto del otro sexo.

La función de la célula es la que determina su forma, la cual resulta variable según las características internas de las mismas, tipo del citoesqueleto interno y disposición de las uniones de células contiguas. La asimilación de los nutrientes son los que determinan su tamaño, lo cual genera una alta variabilidad.

Las células tienen variaciones entre organismo animal y vegetal.

Por ejemplo, la animal:

1. Carece de pared celular y tienen diversas formas de acuerdo con su función.
2. Carece de cloroplastos.
3. Puede poseer vacuolas medianas.
4. Posee centriolos o agregado de microtúbulos cilíndricos, los que forman los cilios y los flagelos para facilitar la división celular.

En el caso vegetal:

1. Sí poseen pared celular con la suficiente dureza para dar mayor consistencia a la célula.
2. Disponen de cloroplastos, orgánulo esencial para la fotosíntesis o transformación de energía química en materia orgánica. A su vez, poseen cromoplastos, leucoplastos, que son orgánulos acumuladores del almidón producido en la fotosíntesis.
3. Poseen grandes vacuolas, capaces de acumular buena cantidad de sustancias de reserva.

Como se describió en otro artículo de este blog, fue el investigador austriaco Gregor Mendel el primero en descubrir los modelos de la herencia en plantas de guisantes. En sus estudios logró distinguir entre rasgos dominantes y recesivos en el proceso de la herencia de ascendentes a descendientes. Sus hallazgos fueron publicados en 1866, pero su reconocimiento por otros investigadores sucedió al inicio del siglo XX por parte de Hugo de Vries, Carl Correns y Erich von Tschermak. Ninguno de estos investigadores habló de algún elemento específico responsable de la herencia.

gregor-mendel

Gregor Mendel

La realidad es que hubo algunos descubrimientos aislados que podrían haber dado con la unidad encargada de la herencia. Por ejemplo, Darwin llamó Gemmule a una unidad microscópica, que él entendió como encargada de la herencia. Estaba en presencia de cromosomas, que llegaron a ser vistos por primera vez en el proceso de división celular por Wilhelm Hofmeister en 1848. Unas dos décadas después, concretamente en 1869, el médico y biólogo suizo Johan Friedrich Miescher aisló varias moléculas ricas en fosfatos a partir del núcleo de los glóbulos blancos, a las cuales llamó nucleínas. Más tarde, en Basilea, comenzó investigaciones con esperma de los salmones, y descubrió una serie de sustancias, una ácida (ácido nucléico o «nucleína») y una fuertemente básica, a la que llamó protamina y que se identifica con las histonas, que conjuntamente con el ADN forman la cromatina, sustancia de base de los cromosomas eucarióticos. El primero en hablar de ácido nucleico fue el patólogo alemán Richard Altmann, discípulo de Miescher, en 1889, quien observó que esta sustancia estaba solo presente en cromosomas. Altmann desarrolló métodos para obtener nucleína libre de proteínas y propuso cambiar el nombre de nucleína por el de ácido nucleico.

En 1889, el botánico holandés Hugo de Vries, consciente de los hallazgos de Mendel, escribió el libro “Pangénesis intracelular”, material en el que trata de recuperar algunos de los conceptos inicialmente elaborados por Darwin sobre la herencia. En este libro el autor especuló con la posibilidad de existencia a algo parecido a los mismos genes, los que llamó Pangenes como pequeña partícula hereditaria.

Hugo de Vries

Hugo de Vries

El botánico, genetista y fisiólogo danés Wilhelm Johannsen utilizó el término “gen” (a partir del griego: que origina) en 1909 para describir estas unidades funcionales de la herencia. Fue igualmente el primero en hablar de genotipo y fenotipo.

Wilhelm Johannsen

Wilhelm Johannsen

El genotipo se refiere a la información genética de un organismo en particular, en forma de ADN. El genotipo, junto con factores ambientales que actúan sobre el ADN, determina as características del organismo, que es lo que llamamos fenotipo.

En 1902, el biólogo y genetista inglés William Bateson igualmente retomó los hallazgos de Mendel y utilizó por primera vez el término genética, así como otros términos como alelomorfos, homocigoto y heterocigoto.

En 1910, el genetista estadounidense Thomas Hunt Morgan demostró que los cromosomas son los portadores de los genes. Según este conocimiento Morgan y sus estudiantes comenzaron el primer mapa de cromosomas de la mosca de la fruta “Drosophila”, mientras que el médico y genetista inglés Frederick Griffith afirmó, en sus hallazgos científicos, logrados con muchas dificultades de recursos en 1928, encontró que el ADN era la molécula de la herencia.

En 1933, el bioquímico belga Prof Jean Louis Auguste Brachet con su equipo de trabajo y en colaboración con el citólogo sueco Torbjörn Oskar Caspersson, demostró que el ADN está presente en los cromosomas y que el ARN (ácido ribonucleico) lo hace en el citoplasma de todas las células. Su trabajo demostró que el ARN juega un papel activo en la síntesis de proteínas, igualmente trabajó en la diferenciación celular demostrando que la misma está precedida por la formación de nuevos ribosomas acompañado de la liberación de una ola de nuevos ARN mensajeros a partir del núcleo.

En 1953, el biólogo estadounidense James Dewey Watson, el biólogo molecular inglés Francis Hompton Crick y el físico neozelandés Maurice Hugh Frederick Wilkins lograron descubrir la estructura de la molécula de ADN, lo que le valió el reconocimiento de la comunidad científica a través del Premio Nobel en Fisiología o Medicina en 1962. Estos científicos descubrieron la estructura de doble hélice del ADN.

Forma de gen

Fue en 1972 cuando Walter Fiers y su equipo en el laboratorio de Biología Molecular de la Universidad de Gante (Gante, Bélgica) determinaron la secuencia de un gen de la proteína de la capa del bacteriófago MS2. El bioquímico inglés Richard John Roberts y el químico y profesor estadounidense Phillip Allen Sharp encontraron que los genes se dividen en segmentos, lo que facilita que un solo gen puede ser codificación para varias proteínas.

El primer ácido nucleico en ser secuenciado fue el del genoma del bacteriófago Phi-X174, lo cual se logró en 1977 por el bioquímico inglés Frederick Sanger. Este investigador es uno de los pocos en el mundo en haber obtenido dos premios Nobel. El primero logrado en 1958 con sus hallazgos sobre la secuencia de los aminoácidos de la insulina y el segundo en 1980 por lograr la secuencia del ácido nucleico.

Ya hoy día se sabe que en los cuerpos vivos se producen una extensa variedad de proteínas y que los genes ordenan al cuerpo la producción de proteínas específicas. Se estima que en el cuerpo humano hay aproximadamente 20,000 genes en cada célula, y su conjunto viene a ser el material hereditario. A la vez que se habla de genes, igualmente se hace sobre los alelos, que vienen a ser formas alternativas del mismo gen que ocupan una posición idéntica en cromosomas homólogos.

El desarrollo de la genética y la biología molecular juega un papel importante en la previsión de enfermedades en los organismos vivos, incluyendo el ser humano, por lo que los recursos dedicados a estas ciencias debe ser una prioridad en la sociedad.

Fuentes

Anon. 2017. Partes de una celula. Arizona State University School of Life Sciences Ask A Biologist. https://askabiologist.asu.edu/partes-de-una-celula

Anon. 2007. Descripción de las partes de la célula. Ciencias Naturales. http://personalabp.blogspot.com.es/2007/06/descripcin-de-las-partes-de-la-clula.html

García Vila Romina. La célula. Monografía. http://www.monografias.com/trabajos/celula/celula.shtml

Gil J. (s/a). James Watson, el polémico co-descubridor de la doble hélice del ADN. Muy Interesante. https://www.muyinteresante.es/ciencia/articulo/james-watson-el-polemico-co-descubridor-de-la-doble-helice-del-adn-231459512688

Mandal Ananya. 2012. Historia del gen. News Medical- Life Sciences. https://www.news-medical.net/life-sciences/Gene-History-(Spanish).aspx

 

Escrito por Ricardo Labrada, 15 abril de 2018

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