Diferencia entre revisiones de «Cromosoma»
Contenido eliminado Contenido añadido
m Revertidos los cambios de 190.78.82.32 (disc.) a la última edición de CASF |
|||
Línea 2:
[[Archivo:Wilson1900Fig2.jpg|thumb|Vista general de las [[célula]]s en un ápice de raíz de cebolla ''([[Allium cepa]])'', observado con 800 aumentos. (a) Célula sin dividirse, obsérvese la red de cromatina y el [[nucléolo]] intensamente teñido; (b) núcleos preparados para la división celular, puede observarse que la cromatina se ha condensado; (c) Células en distintos estadios de división mitótica, se pueden observar que la cromatina se ha terminado de condensar y se han formado los cromosomas.]]
En [[biología]], se denomina '''cromosoma''' (del [[Griego antiguo|griego]] χρώμα, -τος ''chroma'', color y σώμα, -τος ''soma'', cuerpo o elemento) a cada uno de los pequeños cuerpos en forma de bastoncillos en que se organiza la [[cromatina]] del [[núcleo celular]] durante las divisiones celulares ([[mitosis]] y [[meiosis]]). La cromatina es un material microscópico que lleva la información genética de los organismos eucariotas y está constituida por [[ADN]] asociado a [[proteína]]s especiales llamadas [[histona]]s. Este material se encuentra en el núcleo de las [[célula]]s [[eucariota]]s y se visualiza como una maraña de hilos delgados. Cuando el núcleo celular comienza el proceso de división ([[cariocinesis]]), esa maraña de hilos inicia un fenómeno de condensación progresivo que finaliza en la formación de entidades discretas e independientes: los cromosomas. Por lo tanto, cromatina y cromosoma son dos aspectos morfológicamente distintos de una misma entidad celular.<ref name="Piqueras"> Piqueras, J.F., Fernández Peralta, A.M., Hernández, J.S., González Aguilera, J.J. 2002. ''Genética''. Ariel Ciencia, España, 474 pp. ISBN: 84-344-8056-5</ref>
[[Archivo:Chromosome-upright.png|frame|left|Diagrama de un cromosoma [[eucariota|eucariótico]] duplicado y condensado (en [[metafase]] [[mitosis|mitótica]]). (1) [[Cromátida]], cada una de las partes idénticas de un cromosoma luego de la duplicación del [[ADN]]. (2) [[Centrómero]], el lugar del cromosoma en el cual ambas cromátidas se tocan. (3) Brazo corto. (4) Brazo largo.]]
Cuando se examinan con detalle durante la mitosis, se observa que los cromosomas presentan una forma y un tamaño característicos. Cada cromosoma tiene una región condensada, o constreñida, llamada [[centrómero]], que confiere la apariencia general de cada cromosoma y que permite clasificarlos según la posición del centrómero a lo largo del cromosoma. Otra observación que se puede realizar es que el número de cromosomas de los individuos de la misma especie es constante. Esta cantidad de cromosomas se denomina número [[diploide]] y se simboliza como ''2n''. Cuando se examina la longitud de tales cromosomas y la situación del centrómero surge el segundo rasgo general: para cada cromosoma con una longitud y una posición del centrómero determinada existe otro cromosoma con rasgos idénticos, o sea, casi todos los cromosomas se encuentran formando parejas. Los miembros de cada par se denominan [[cromosoma homólogo|cromosomas homólogos]].
[[Archivo:Mapa genético o cariograma.jpeg|thumb|Mapa citogenético o [[cariograma]] de una niña antes de nacer, resultado de una [[amniocentesis]] a su madre.]]
En la figura de la derecha se presentan todos los cromosomas mitóticos de una niña, ordenados por parejas de homólogos y por su longitud, lo que se denomina [[cariotipo]]. Puede observarse que en ese cariotipo hay 46 cromosomas (o sea, 2n=46) que es el número cromosómico de la especie humana. Se puede advertir, también, que cada cromosoma tiene una estructura doble, con dos [[cromátida]]s hermanas que yacen paralelas entre sí y unidas por un único centrómero. Durante la mitosis las cromátidas hermanas, que son idénticas, se separan una de otra hacia dos nuevas células.
Las parejas de cromosomas homólogos que se observan en la imagen tienen, además, una semejanza genética fundamental: presentan los mismos [[gen]]es situados en los mismos lugares a lo largo del cromosoma (tales lugares se denominan ''[[locus]]'' o ''loci'' en plural). Esto indica que cada miembro del par de homólogos lleva información genética para las mismas características del organismo. En organismos con reproducción sexual, uno de los miembros del par de cromosomas homólogos proviene de la madre (a través del [[óvulo]]) y el otro del padre (a través del [[espermatozoide]]). Por ello, y como consecuencia de la herencia biparental, cada organismo diploide tiene dos copias de cada uno de los genes, cada una ubicada en uno de los cromosomas homólogos.<ref name="Piqueras" />
Una excepción importante en el concepto de parejas de cromosomas homólogos es que en muchas especies los miembros de una pareja, los cromosomas que determinan el sexo o [[cromosomas sexuales]], no tienen usualmente el mismo tamaño, igual situación del centrómero, la misma proporción entre los brazos o, incluso, los mismos ''loci''. En la imagen puede observarse, por ejemplo, que el [[cromosoma Y]] (que determina el sexo masculino en humanos) es de menor tamaño y carece de la mayoría de los ''loci'' que se encuentran en el [[cromosoma X]].<ref name="Piqueras" /><ref name = "UNCOR" />
== Historia y definiciones ==
Desde un punto de vista etimológico, la palabra ''cromosoma'' procede del [[griego]] y significa "cuerpo que se tiñe"; mientras que la palabra [[cromatina]] significa "sustancia que se tiñe".
Los cromosomas fueron observados en células de plantas por el botánico suizo [[Karl Wilhelm von Nägeli]] en 1842 e, independientemente, por el científico belga [[Edouard Van Beneden]] en lombrices del género ''[[Ascaris]]''.<ref name="nageli"> Nägeli, Carl, "Memoir on the nuclei, formation, and growth of vegetable cells (A. Henfrey, trans.), in C. and J. Adlard, eds, Reports and Papers on Botany. London: The Ray Society, 1846.</ref><ref name="sc"> Daintith, John, et al., (eds), Biographical Encyclopedia of Scientists, second edition. Bristol, UK: Institute of Physics Publishing, 1994.</ref> El uso de drogas basofílicas (p.ej. las anilinas) como técnica citológica para observar el material nuclear fue fundamental para los descubrimientos posteriores. Así, el citólogo alemán [[Walther Flemming]] en 1882 definió inicialmente la cromatina como "la sustancia que constituye los [[núcleo]]s interfásicos y que muestra determinadas propiedades de tinción".<ref name="Flemming"> Flemming, W. 1882. ''Zell-substanz, Kern und Zelltheilung '' ("Citoplasma, núcelo y división celular").</ref>
Por tanto, las definiciones iniciales de cromosoma y cromatina son puramente citológicas. La definición biológica sólo se alcanzó a principios del [[siglo XX]], con el redescubrimiento de las [[Leyes de Mendel]]: tanto la cromatina como el cromosoma constituyen el material genético organizado. Para ello, fueron fundamentales los trabajos del holandés [[Hugo de Vries]] (1848-1935), del alemán [[Carl Correns]] (1894-1933) y del austríaco [[Erich von Tschermak-Seysenegg]] (1871-1962), cuyos grupos de investigación redescubrieron independientemente las leyes de Mendel y asociaron los factores genéticos o genes a los cromosomas. Un breve resumen de los acontecimientos asociados a la historia del concepto de cromosoma se provee a continuación.<ref name=Olins2003>{{citation
| last1 = Olins | first1 = D.E.
| last2 = Olins | first2 = A.L.
| year = 2003
| title = Chromatin history: our view from the bridge
| | title = Theodor and Marcella Boveri: chromosomes and cytoplasm in heredity and development▼
| journal = Nature Reviews Molecular Cell Biology
| volume = 4
| issue = 10
| pages = 809–813
| url = http://academic.bowdoin.edu/faculty/A/aolins/dissemination/Nature_rev.pdf
}}</ref>
El primer investigador que aisló [[ADN]] fue el suizo [[Friedrich Miescher]], entre 1868 y 1869, cuando realizaba sus estudios postdoctorales en el laboratorio de [[Ernst Felix Hoppe-Seyler]] (uno de los fundadores de la [[bioquímica]], la [[fisiología]] y la [[biología molecular]]) en [[Tübingen]]. Miescher estaba analizando la composición química del [[pus]] de los vendajes usados del hospital, para lo cual aisló núcleos y comprobó que estaban formados por una única sustancia química muy homogénea, no proteica, a la que denominó ''nucleína''. Sin embargo, fue [[Richard Altmann]] en 1889 quien acuñó el término [[ácido nucleico]], cuando se demostró que la nucleína tenía propiedades ácidas. En 1881, [[E. Zacharias]] demostró que los cromosomas estaban químicamente formados por ''nucleína'', estableciendo la primera asociación entre los datos citológicos y bioquímicos.
Las primeras observaciones de la división celular (la [[mitosis]], durante la cual la célula madre reparte sus cromosomas entre las dos células hijas), se realizaron entre 1879 y 1882 por Walther Flemming y [[Robert Feulgen]], de forma independiente, gracias al desarrollo de nuevas técnicas de tinción. La asociación entre [[herencia]] y los cromosomas se realiza poco después (1889) por [[August Weismann]], de manera teórica, casi intuitiva. Pero los primeros datos experimentales que permitieron a [[Walter Sutton]]<ref name=Crow2002>{{citation
| last1 = Crow | first1 = E.W.
| last2 = Crow | first2 = J.F.
| year = 2002
| title = 100 Years Ago: Walter Sutton and the Chromosome Theory of Heredity
| journal = Genetics
| volume = 160
| issue = 1
| pages = 1–4
| url = http://www.genetics.org/cgi/content/full/160/1/1
}}</ref> y [[Theodor Boveri]]<ref name=Satzinger2008>{{citation
| last = Satzinger | first = Helga
| year = 2008
| journal = Nature Reviews Genetics
| volume = 9
Línea 13 ⟶ 46:
| pages = 231
| doi = 10.1038/nrg2311
| url = http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/18268510
}}</ref> proponer que los "factores" de [[Mendel]] eran unidades físicas que se localizan en los cromosomas (lo que se denomina a menudo la [[teoría cromosómica de Sutton y Boveri]]) datan de 1902. Estas ideas permanecieron controvertidas hasta que [[Thomas Hunt Morgan]] realizó los experimentos que hoy se consideran clásicos sobre los rasgos genéticos ligados al sexo, publicados en 1910, lo que le valió el [[Premio Nobel]] en 1933.<ref name="Morgan"> Morgan, Thomas Hunt, "Chromosomes and Heredity," The American Naturalist, 44(524):449-496, 1910.</ref>
La demostración de que los genes están en los cromosomas se realizó por [[Calvin Bridges]] y [[Nettie Stevens]] en 1912 y fue [[Alfred Henry Sturtevant]] quien probó que los genes se hallan dispuestos linealmente a lo largo del cromosoma, elaborando el primer [[mapa genético]] de un organismo, ''[[Drosophila melanogaster]]''. Las bases fundamentales de la herencia quedaron definitivamente establecidas en 1915, cuando apareció el libro "''El mecanismo de la herencia mendeliana''" escrito por Thomas H. Morgan, Alfred Strurtevant, Hermann Muller y Calvin Bridges.<ref name="Gonzalo Claros"> Gonzalo Claros, M. [http://www.encuentros.uma.es/encuentros86/histbioq5.htm Historia de la Biologìa (V): La naturaleza química del DNA (hasta el primer tercio del siglo XX)]. Edición para Internet de la revista ''Encuentros en la Biología'', editada en la Facultad de Ciencias de la Universidad de Málaga. ISSN 1134-8496</ref> En 1919 [[Phoebus Levene]] identificó que un nucleótido está formado por una [[base nitrogenada|base]], un [[azúcar]] y un [[fosfato]],<ref>{{Cita publicación|autor=Levene P, |título=The structure of yeast nucleic acid | url=http://www.jbc.org/cgi/reprint/40/2/415 | revista=J Biol Chem |volumen=40 |número=2 | páginas=415–24 |año=1919}}</ref> iniciando así el análisis molecular del ADN, que llevaría a la comprensión de los mecanismos moleculares de la herencia (véase también [[ADN#Historia|Historia del ADN]]).
[[Archivo:Estructuras_cromatina.png|center|thumb|1000px|Cromatina.]]
En el caso de los organismos eucariontes el cromosoma está formado por tres tipos diferentes de moléculas: el [[ADN]], las [[histona]]s y las proteínas no histónicas. De hecho, los cromosomas eucarióticos son moléculas muy largas de ADN de doble hélice que interactúan con proteínas (histonas y no histonas) y se pueden hallar en estados relajados o poco compactados, como en los núcleos de las células en [[interfase]], hasta en estados altamente compactados, como sucede en la [[metafase]] mitótica.
=== Cronología de descubrimientos ===
[[Archivo:Carl Wilhelm von Naegeli.jpg|thumb|[[Karl Wilhelm von Nägeli]], botánico suizo descubridor de los cromosomas.]]
* [[1841]], los cromosomas fueron descubiertos por [[Karl Wilhelm von Nägeli]].
* [[1869]], [[Friedrich Miescher]] descubre el ADN.
* [[1889]], [[Wilhelm von Waldeyer]] les dio el nombre de cromosoma que significa ''cuerpo coloreado'' en idioma griego.
* [[1910]], [[Thomas Hunt Morgan]] describió que son los portadores de los [[gen]]es.
* [[1943]], [[Oswald Avery]], C. McLeod y M. McCarty descubren que el ADN es el material hereditario.
* [[1953]], [[James Dewey Watson]] y [[Francis Harry Compton Crick]] descubren la estructura del ADN.
* [[1966]], [[Severo Ochoa]] completa el código genético.
* [[1972]], D. Jackson, R. Symons, P. Berg: [[molécula]] artificial.
* [[1973]], J. Boyer, S. Cohen: [[clonación]] de bacterias.
* [[1977]], [[Frederick Sanger]]: secuenciación del ADN.
* [[1978]], producción de proteína humana en bacterias.
* [[1981]], se hace el primer diagnóstico prenatal.
* [[1982]], se crean los primeros organismos [[transgénico]]s.
* [[1983]], secuenciación de los primeros genomas enteros.
* [[2001]], secuenciación del [[genoma humano]].
== Estructura y composición química de la cromatina ==
Línea 23 ⟶ 77:
=== Las histonas ===
{{ap|histona}}
Las histonas son proteínas básicas, ricas en residuos de [[lisina]] y [[arginina]], que muestran una elevada conservación evolutiva y que interaccionan 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. Además de estas histonas, también existen otras que son específicas de tejido como la histona H5 muy rica en lisina (25 moles%) específica de eritrocitos nucleados de vertebrados no mamíferos, y las histonas del endosperma.<ref name=Kornberg1999>{{citation
| last1 = Kornberg | first1 = R.D.
| last2 = Lorch | first2 = Y.
| year = 1999
| title = Twenty-Five Years of the Nucleosome, Fundamental Particle of the Eukaryote Chromosome
| journal = Cell
| volume = 98
| pages = 285–294
| doi = 10.1016/S0092-8674(00)81958-3
| url = http://www.rpgroup.caltech.edu/courses/aph161/Handouts/Kornberg1999.pdf
}}</ref> Asimismo, la cromatina centromérica se caracteriza por la presencia de una isoforma específica de la histona H3, denominada CENP-A en vertebrados.
Una de las características más destacables es su elevado conservadurismo evolutivo, sobre todo de las histonas H3 y H4. La histona H4 de [[guisante]] y de timo de ternera se diferencian solamente en dos aminoácidos. Este dato indica que las interacciones entre el ADN y las histonas para formar la cromatina deben ser muy semejantes en todos los organismos eucariontes.
Los [[gen]]es que codifican las histonas se encuentran agrupados en nichos (o ''clusters'') que se repiten decenas o centenas de veces. Cada ''cluster'' o grupo contiene el siguiente orden de genes que codifican histonas: H1-H2A-H3-H2B-H4. Estos genes son ricos en pares G-C, ya que codifican proteínas con un elevado contenido en [[lisina]] y [[arginina]], pero están separados por secuencias espaciadoras ricas en pares A-T.<ref name="FCA" /><ref name=Isenberg1979>{{citation
| last = Isenberg | first = I.
| year = 1979
| title = Histones
| journal = Annual Reviews in Biochemistry
| volume = 48
| issue = 1
| pages = 159–191
| doi = 10.1146/annurev.bi.48.070179.001111
}}</ref><ref name=Kornberg1999 /><ref name=Grunstein1990>{{citation
| last = Grunstein | first = M.
| year = 1990
| title = Histone Function in Transcription
| journal = Annual Reviews in Cell Biology
| volume = 6
| issue = 1
| pages = 643–676
| doi = 10.1146/annurev.cb.06.110190.003235
}}</ref><ref name=Kedes1979>{{citation
Línea 41 ⟶ 125:
La cromatina de núcleos en interfase, cuando se observa mediante técnicas de microscopia electrónica, se puede describir como un collar de cuentas o un rosario, en el que cada cuenta es una subunidad esférica o globular que se denomina [[nucleosoma]]; los nucleosomas se hallan unidos entre sí mediante fibras de ADN. Se sigue, entonces, que la unidad básica de la estructura de la cromatina es el nucleosoma.
Un nucleosoma típico está asociado a 200 [[par de bases|pares de bases]] (pb) de ADN y está formado por una '''médula''' (''core'' en inglés) y un '''ligador''' (o ''linker''). La médula está formada por un octámero constituido por dos subunidades de las histonas H2A, H2B, H3 y H4. En otras palabras, se trata de un dímero: 2×(H2A, H2B, H3, H4). Los trabajos de [[Aaron Klug]] y colaboradores<ref name="kñug80"> Klug A, Rhodes D, Smith J, Finch JT, Thomas JO. A low resolution structure for the histone core of the nucleosome. Nature. 1980 Oct 9;287(5782):509–516.</ref><ref name="kñug81">Klug, A. & L C Lutter.1981. [http
Alrededor de la médula se enrolla el ADN (140 [[Par de bases|pb]]) dando casi dos vueltas (una vuelta y tres cuartos). El resto del ADN (60 pb) forma parte del ligador (''linker''), que interacciona con la histona H1. La cantidad de ADN asociado con un nucleosoma varía de una especie a otra, de 154 pb a 241 pb; esta variación se debe fundamentalmente a la cantidad de ADN asociada al ligador (''linker'').<ref name="FCA"> Facultad de Ciencias Veterinarias. Universidad Nacional de la Plata. [http://www.fcv.unlp.edu.ar/sitios-catedras/87/material/condensacion%20y%20morfologia%20cromosomica.pdf MORFOLOGÍA CROMOSÓMICA - CARIOTIPO].</ref>
Las fibras de ADN dúplex desnudo tienen un grosor de 20 [[Å]]. La asociación del ADN con las histonas genera los nucleosomas, que muestran unos 100 Å de diámetro. A su vez, los nucleosomas se pueden enrollar helicoidalmente para formar un solenoide (una especie de muelle) que constituye las fibras de cromatina de los núcleos intefásicos con un diámetro aproximado de 300 Å. Los solenoides pueden volverse a enrollar para dar lugar a supersolenoides con un diámetro de 4.000 Å a 6.000 Å que constituirían las fibras de los cromosomas metafásicos.<ref name="kñug80" /><ref name=autogenerated1>Klug, A. & L C Lutter.1981. [http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?artid=327434 The helical periodicity of DNA on the nucleosome] Nucleic Acids Res. September 11; 9(17): 4267–4283.</ref>
Línea 51 ⟶ 136:
==== Las proteínas HMG ====
Estas proteínas se agrupan en una superfamilia por sus similitudes físicas y químicas, y porque todas ellas actúan como elementos arquitectónicos que afectan múltiples procesos dependientes de [[ADN]] en el contexto de la [[cromatina]]. Todas las HMGs tienen un terminal [[carboxilo]] rico en aminoácidos de tipo ácido, y se clasifican en tres familias (HMGA, HMGB y HMGN), cada una con un motivo funcional único, que induce cambios específicos en sus sitios de unión y participa en funciones celulares diferentes.<ref name=Hock2007>{{citation
| last1 = Hock | first1 = R.
| last2 = Furusawa | first2 = T.
| last3 = Ueda | first3 = T.
| last4 = Bustin | first4 = M.
| year = 2007
| title = HMG chromosomal proteins in development and disease
| journal = Trends in Cell Biology
| |||