Fundamentos de Genética y Biología Molecular: Herencia, División Celular y Epigenética

1. Replicación, Transcripción y Traducción

La replicación utiliza como molde las dos hebras del ADN y produce dos moléculas de ADN. Ocurre principalmente en el núcleo durante la fase S y es realizada por las ADN polimerasas junto con otras enzimas. La transcripción utiliza una hebra de ADN como molde y produce ARN; en los genes que codifican proteínas, la ARN polimerasa II forma un pre-ARNm que luego madura. Este proceso ocurre principalmente en el núcleo. La traducción utiliza el ARNm como molde y produce una cadena polipeptídica en los ribosomas del citoplasma o del retículo endoplasmático rugoso. En síntesis: replicación es ADN a ADN, transcripción es ADN a ARN y traducción es ARN a proteína.

2. Condensación Mitótica y Transcripción

Durante la mitosis, la cromatina se condensa al máximo para formar cromosomas compactos y resistentes. Esta organización evita enredos y roturas, facilita la unión de los cinetocoros al huso mitótico y permite que cada cromosoma se distribuya correctamente entre las células hijas. Sin embargo, la alta compactación dificulta el acceso de los factores de transcripción y de la ARN polimerasa a promotores y genes. Por esta razón, la transcripción disminuye marcadamente durante la mitosis.

3. Diferencias entre Mitosis y Meiosis

La mitosis tiene una división y produce dos células hijas con la misma ploidía que la célula original, generalmente semejantes genéticamente. Su función principal es permitir el crecimiento, reparación y recambio celular. La meiosis tiene dos divisiones sucesivas y produce cuatro células haploides diferentes. Su finalidad es formar gametos y generar variabilidad genética mediante crossing-over y segregación independiente. En meiosis I se separan cromosomas homólogos y en meiosis II se separan cromátidas hermanas.

Genética Mendeliana y Patrones de Herencia

4. Color del Pelaje en Conejos

La jerarquía de dominancia es C⁺ (agutí) > Cch (chinchilla) > Ch (himalayo) > c (albino). Al cruzar C⁺Ch con CchCh, el primer progenitor produce gametos C⁺ y Ch, mientras el segundo produce Cch y Ch. Los descendientes posibles son:

• C⁺Cch y C⁺Ch: ambos agutí.
• CchCh: chinchilla.
• ChCh: himalayo.

Por lo tanto, se espera un 50% de crías agutí, 25% chinchilla y 25% himalayo. Sí pueden nacer conejos himalayos, con una probabilidad del 25%.

5. Neurofibromatosis Tipo 1

La neurofibromatosis tipo 1 presenta herencia autosómica dominante. Si el hombre afectado es Nn y su pareja sana es nn, cada embarazo tiene un 50% de probabilidad de originar un descendiente Nn afectado y un 50% de originar un descendiente nn sano. El riesgo es igual para cualquier sexo. Si el hombre heredó el alelo N de su madre afectada, la madre del hombre debe poseer al menos un alelo N; en el contexto del ejercicio, el genotipo esperado es Nn.

6. Hemofilia A Ligada al Cromosoma X

La madre portadora tiene genotipo XᴴXʰ y el padre sano XᴴY. Entre los hijos varones, el 50% serán XʰY y tendrán hemofilia, porque reciben el cromosoma X exclusivamente de la madre. Entre las hijas, el 50% serán XᴴXʰ y portadoras. Si se considera un nacimiento cualquiera, la probabilidad de un hijo varón afectado o de una hija portadora es del 25%, porque también debe incluirse la probabilidad del sexo. Para que nazca una hija afectada (XʰXʰ), el padre tendría que ser hemofílico, con genotipo XʰY.

Epigenética y Regulación Génica

7. CDKN1C e Impronta Genómica

Si una variante en CDKN1C causa síndrome de Beckwith-Wiedemann solo cuando es heredada de la madre, el patrón corresponde a impronta genómica. En este fenómeno, la expresión del alelo depende del progenitor de origen debido a marcas epigenéticas establecidas durante la formación de los gametos. Se diferencia de la herencia mendeliana simple porque dos alelos con la misma secuencia alterada pueden producir efectos distintos según provengan de la madre o del padre.

8. Inactivación del Cromosoma X

La inactivación del cromosoma X es un mecanismo epigenético de compensación de dosis que ocurre tempranamente en el desarrollo. El cromosoma X elegido para inactivarse expresa el ARN largo no codificante XIST, que recubre ese mismo cromosoma y recluta complejos represores. Luego se producen modificaciones de histonas, metilación del ADN y compactación de la cromatina, formando el corpúsculo de Barr. La finalidad es equilibrar aproximadamente la expresión de genes ligados al X entre células XX y XY. La elección suele ser aleatoria, por lo que se genera mosaicismo celular, y algunos genes pueden escapar a la inactivación.

9. Epigenética y Mutación Genética

La epigenética comprende cambios estables en la expresión de los genes que no modifican la secuencia de nucleótidos del ADN. Estos cambios controlan si una región está activa o silenciada mediante marcas químicas y modificaciones de la cromatina, y con frecuencia son potencialmente reversibles. Una mutación, en cambio, modifica la secuencia o la estructura del ADN, por ejemplo mediante una sustitución, inserción, deleción o reordenamiento cromosómico. Por lo tanto, la epigenética cambia el uso de la información y la mutación cambia la información genética misma.

10. Mecanismos de Cambios Epigenéticos

Los principales mecanismos epigenéticos son:

• Metilación del ADN: La metilación de citosinas en promotores suele asociarse con silenciamiento génico.
• Modificaciones de histonas: La acetilación de histonas relaja la cromatina y generalmente favorece la transcripción, mientras que la desacetilación tiende a compactarla. La metilación de histonas puede activar o reprimir según el residuo modificado.
• Remodelamiento de la cromatina: Los complejos remodeladores desplazan o reorganizan nucleosomas usando ATP.
• ARN no codificantes: Pueden reclutar complejos reguladores o controlar la estabilidad de otros ARN.