Cromosoma

Un cromosoma (do grego chroma, "cor", e soma, "corpo" ou "elemento") é unha estrutura organizada de ADN e proteínas que se atopa no núcleo das células. Trátase dun estado temporal no que se encontra o material xenético durante a fase de división celular, tanto na mitose como na meiose, que facilita a repartición equitativa deste nas células resultantes. Os cromosomas son visíbeis ao microscopio óptico, e o mellor momento para a súa observación é na metafase, xa que é cando están situados no plano ecuatorial do citoplasma celular. A organización do ADN que conteñen é sempre a mesma grazas á axuda dunhas proteínas chamadas histonas. Ademais, os cromosomas son empregados para localizar xenes e outras secuencias, xa que, ao estar a información xenética condensada, é cando mellor se aprecian. Serven tamén para explicar dun xeito máis docente o funcionamento da reprodución celular eucariótica, aínda que estes non existan durante o estado de repouso, a interfase. Nese período, o cromosoma aparece desorganizado, atopándose en forma de pequenos filamentos entrelazados, a cromatina, que está suspendida no nucleoplasma e definida en territorios cromosómicos.
Os cromosomas están formados por dúas cromátides irmás unidas por un centrómero. Os máis coñecidos son os chamados comosomas sexuais, X e Y, pola forma característica que teñen. Estes dous cromosomas van determinar o sexo do individuo; as mulleres teñen dous do tipo X (polo tanto terán un xenotipo XX), e os homes un de cada (así que serán XY). O número de cromosomas totais depende da especie; por exemplo, a especie humana posúe 22 pares de cromosomas homólogos e un último para que determina o sexo, ou ben XX ou XY.
O primeiro investigador a observar cromosomas foi Karl Wilhelm von Nägeli en 1842 e o seu comportamento foi descrito en detalle por Walther Flemming en 1882. No ano 1910, Thomas Hunt Morgan probou que os cromosomas son os portadores dos xenes. Historia
1842, os cromosomas son descubertos por Karl Wilhelm von Nägeli.
1869, F. Miescher descobre o ADN.
1889, Wilhelm von Waldeyer dálle o nome de "cromosoma", que significa corpo coloreado en grego.
1910, Thomas Hunt Morgan describe que son os portadores dos xenes.
1943, Avery, C. MacLeod e M. McCarty afirman que o ADN é o material hereditario.
1953, James Dewey Watson e Francis Harry Compton Crick descobren a estrutura de dobre hélice do ADN.
1966, Severo Ochoa completa o código xenético.
1972, D. Jackson, R. Symons, P. Berg: molécula artificial.
1973, J. Boyer, S. Cohen conseguen a clonación de bacterias.
1977, F. Sanger realiza a secuenciación do ADN.
1978, produción de proteína humana en bacterias.
1981, faise o primeiro diagnóstico prenatal.
1982, organismos transxénicos.
1983, secuenciación dos primeiros xenomas enteiros.
2001, secuenciación do xenoma humano. Cromosomas nos organismos
Eucariontes
As células eucarióticas posúen múltiples cromosomas lineares dentro do seu núcleo celular. Cada cromosoma ten un centrómero, do que saen dous brazos, as cromátides. As extremidades dos cromosomas posúen estruturas especiais chamadas telómeros. O cromosoma pode presentar diversos estreitamentos chamados constricións. A constrición primaria é o centrómero, pero algúns cromosomas teñen outro estreitamento preto do seu extremo chamado constrición secundaria, onde se encontran os organizadores nucleolares, onde están os xenes dos ARNr. A pequena porción entre a constrición secundaria e o extremo do cromosoma chámase satélite, e os cromosomas con constrición secundaria e satélite denomínanse cromosomas SAT. A replicación do ADN pode iniciarse en varios puntos do cromosoma chamados orixes de replicación.
Procariontes
As células procarióticas non posúen histonas, e o seu ADN non está estruturado formando cromatina, polo que se considerou que era inexacto chamarlle ao seu ADN e proteínas asociadas (non histónicas) cromosoma e propúxose o termo xenóforo, pero o certo é que na literatura se seguiu utilizando maioritariamente o termo cromosoma bacteriano mesmo en obras modernas.
O nucleoide das bacterias é tinguíbel á semellanza da cromatina dos eucariontes, e denomínase xenóforo ou cromosoma bacteriano. Por outra parte, o nucleoide representa a suma de xenóforo, elementos transpoñíbeis e plásmidos. Os ADN das bacterias poden ser circulares ou lineares, a maioría das veces é ADN circular fechado covalentemente (cccDNA: circular covalently closed DNA), e pode haber varios aneis de ADN con diferente información xénica. Na literatura, hai autores que entenden o xenoma bacteriano como o seu ADN propio, e outros como a suma deste máis os plásmidos que poida ter a bacteria. Cromatina
A cromatina é a fibra bicatenaria do ADN máis as proteínas histonas: oito proteínas histonas (H2A, H2B, H3 e H4; dúas de cada) e o ADN ao redor delas forman o nucleosoma, que á súa vez está unido a outros nucleosomas mediante a histona H1. Cando o ADN se atopa unido a histonas, non é posíbel ningún fenómeno metabólico no que el estea relacionado, sexa replicación, transcrición ou transdución.
Coñécense dous tipos de cromatina: Eucromatina, que consiste en ADN activo, ou sexa, que se pode expresar como proteínas;
Heterocromatina, que consiste en ADN inactivo e que parece ter funcións estruturais durante o ciclo celular. Poden aínda distinguirse dous tipos de heterocromatina:
Heterocromatina constitutiva, que nunca se expresa como proteínas e que se atopa localizada á volta do centrómero (contén xeralmente secuencias repetitivas)
Heterocromatina facultativa, que, por veces, se expresa. Nos primeiros estados da mitose, os filamentos de cromatina tórnanse cada vez máis condensados. Deixan de funcionar como material xenético accesíbel e forman unha estrutura moi condensada. Finalmente, as dúas cromátides (filamentos de cromatina condensada) tórnanse visíbeis como un cromosoma, ligados no centrómero. Microtúbulos longos asócianse ao centrómero e a dous extremos opostos da célula. Durante a mitose, os microtúbulos separan os cromatidios e púxannos en direccións opostas, de maneira que cada célula filla herde un conxunto de cromatidios. Despois da división das células, os cromatidios descondénsanse e poden funcionar de novo como cromatina. A pesar da súa aparencia, os cromosomas teñen unha estrutura complexa (Fig. 2). Por exemplo, os xenes con funcións similares están moitas veces xuntos no núcleo, mesmo que estean bastante distanciados no cromosoma. O brazo curto dos chamados cromosomas satélites teñen uha zona fina (constrición secundaria) onde se encontran xenes que codifican ARN (zona NOR). Cariotipo
O número de cromosomas dunha especie (ou fase vital) diploide identifícase como 2n mentres que ese número nunha especie (ou fase vital) haploide identifícase coa letra n. Naquelas especies que presentan un número repetido de cromosomas superior a dous complementos fálase de poliploidía, representándose o múltiplo por diante da letra n. Así: 3n indicaría un complemento cromosómico triploide, 4n un tetraploide etc. Todas estas son situacións euploides. Coa indicación x quérese expresar o número básico de cromosomas dunha especie que presenta individuos con diversos graos de ploidía ou o dunha liña filoxenética a partir da cal diversos táxons acadaron situacións aneuploides variadas, sendo neste caso o número cromosómico unha variación do número orixinal con aumento ou diminución do número básico, por perda, fusión ou división de cromosomas (p. ex. , n+1 ou n-1). Un exemplo desta situación anormal témola nos individuos da especie humana que presentan a chamada síndrome de Down, situación de aneuploidía (2n 47) pola presenza dun exemplar máis do habitual do cromosoma 21 (trisomía).
Para determinar o número (diploide) de cromosomas dun organismo, as células poden fixarse en metafase in vitro con colquicina. Estas células son entón coradas (o nome cromosoma foi dado pola súa capacidade de seren corados), fotografadas e dispostas nun cariotipo (un conxunto ordenado de cromosomas). Tal como moitas especies con reprodución sexual, os seres humanos teñen cromosomas sexuais especiais (diferentes dos autosomas para as funcións corporais). Estes son XX nas femias e XY nos machos. Nas femias, un dos dous cromosomas X está inactivo e pode verse no microscopio como os corpos de Barr. Cromosomas sexuais
En moitos organismos, un dos pares dos cromosomas homólogos é distinto ó resto, realizando a determinación xenética do individuo. A estes cromosomas chámaselles cromosomas sexuais ou heterocromosomas e incluso gonosomas, porque determinan o sexo pola proporción dos dous cromosomas homólogos. Sistema de determinación XY: determinado pola existencia no cariotipo de cromosomas X e Y. É propio do ser humano e moitos outros animais. As femias, sendo XX, darán gametos iguais con cromosoma X, sexo homogamético, e os machos, sendo XY, darán dous tipos de gametos, un co cromosoma X e outro co cromosoma Y. A probabilidade de que na fecundación, ó se unir os gametos, resulte unha combinación XX (femia) ou XY (macho) é aproximadamente do 50%.
Sistema de determinación ZW: noutras especies (bolboretas, p. e. ) ocorre o contrario: o sexo masculino é homogamético (ZZ) e o feminino heterogamético (ZW).
Sistema de determinación X0: outras especies (peixes, insectos, anfibios) non teñen o cromosoma Y, determinándose o sexo polo número de cromosomas X: macho X0 e femia XX. Forma dos cromosomas
A forma dos cromosomas é para todas as células somáticas constante e característica de cada especie. A forma depende fundamentalmente das constricións que presente o cromosoma e da súa localización na cromátide.
O cromosoma áchase constituído basicamente polo centrómero que divide o cromosoma nun brazo curto ou brazo p e un brazo longo ou brazo q. Algúns cromosomas presentan satélites no brazo curto.
Segundo a posición do centrómero, os cromosomas clasifícanse en: Metacéntricos: o centrómero localízase a metade do cromosoma e os dous brazos presentan igual lonxitude.
Submetacéntricos: a lonxitude dun brazo do cromosoma é algo maior que a do outro.
Acrocéntricos: un brazo é moi curto (p) e o outro longo (q).
Telocéntricos: só se aprecia un brazo do cromosoma ó estar o centrómero no extremo.
É posíbel visualizar os cromosomas por medio da microscopía óptica e de tincións especiais. O proceso para obter o material cromosómico realízase en diversos pasos: Obtención da mostra: realízase exclusivamente de tecidos vivos que conteñan células con núcleo. Principalmente empréganse os glóbulos brancos do sangue pola fácil accesibilidade.
Sementeira: realízase agregando aproximadamente 1 mililitro de sangue enteiro heparinizado a un medio de cultivo enriquecido con soro fetal bovino, antibióticos e mitóxenos, o cal estimulará o crecemento e división das células.
Incubación: mantense a 38º graos centígrados cunha atmosfera de CO2 ó 5% e humidade por 72 horas idealmente.
Colleita: engádese colchicina á mostra para deter os núcleos ceulares en metafase, posteriormente cenfrifúgase a mestura para retirar o sobrenadante (soro sanguíneo e medio de cultivo). Agrégase solución hipotónica de cloruro de potasio para romper as membranas celulares e para finalizar o paso da colleita realízanse 3 lavados cunha solución de metanol-ácido acético 3: 1.
Goteo: posterior aos lavados, por medio de centrifugación, obtense un botón celular branco, o cal suspéndese na mesma solución fixadora metanol-ácido acético 3: 1 e procédese a gotear nun portaobxectos a uns cantos centímetros, isto é co obxectivo de "rebentar" as células e obter os cromosomas.
Envellecemento: neste paso agárdase a que os cromosomas perdan humidade. Pódese aplicar calor ó portaobxectos para deshidratar a mostra.
Tinción: existen moitos tipos de tincións para observar os cromosomas. A máis utilizada é a tinción con colorante Giemsa, coñecida como técnica de bandas GTG. Neste caso exponse a mostra do portaobxectos á tripsina, co obxectivo de desnaturalizar algunhas das proteínas constitucionais dos cromosomas. Posteriormente tínxense con dous colorantes, Giemsa e Wrigth, nalgúns casos pode empregarse un só colorante, pero o emprego dos dous mellora a calidade do resultado, posto que facilita a análise ó microscopio para o citoxenetista creando un contraste de cor nas bandas que se formaron ó empregar a tripsina. Por medio destas bandas podemos distinguir as características dun cromosoma e determinar se é normal ou presenta algunha anomalía estrutural. Existen outras técnicas de tinción, como bandas NOR, ICH, bandas Q, bandas R, técnicas para tinxir centrómero e heterocromatina. Con este tipo de técnicas pódese chegar a realizar un diagnóstico citoxenético dunha enfermidade cromosómica.
Lectura: o último paso consiste en ler polo menos 20 metafases, é dicir 20 células rebentadas e formar un cariotipo ou cariograma, onde se acomodan os cromosomas por grupos segundo o tamaño e a localización do centrómero.
No grupo A téñense os cromosomas 1, 2, 3. Grandes metacéntricos, agás o 2, que é un cromosoma grande submetacéntrico.
No grupo B téñense os cromosomas 4 e 5, que son submetacéntricos grandes.
No grupo C téñense os cromosomas 6, 7, 8, 9, 10, 11 e 12, que son os submetacéntricos medianos.
No grupo D téñense os cromosomas 13, 14 e 15, que son acrocéntricos medianos e presentan satélites nos seus brazos curtos.
O grupo E encóntrase constituído polos cromosomas 16, 17, 18, submetacéntricos pequenos.
No grupo F téñense os cromosomas 19 e 20, metacéntricos pequenos.
O grupo G constitúese polos cromosomas 21 e 22, acrocéntricos pequenos.
O par de gonosomas constitúese por X (metacéntrico mediano) e Y considerado acrocéntrico sen satélites, aínda que nalgunhas revisións da literatura refiresele como submetacéntrico.
Os cromosomas son os portadores do ADN, polo tanto son parte integral estrutural imprescindíbel dos seres vivos.
Algunhas entidades atópanse formadas por fibras de ADN ou ARN sen formar estruturas complexas como a dos cromosomas, un exemplo claro son os virus. Aberracións cromosómicas
O funcionamento defectuoso ben da segregación cromosómica, ben por mutación, pode provocar doenzas graves. Estas poden ser divididas en dous grupos: Anomalía cromosómica ou displasia cromosómica parcial (malformación), que resultan normalmente dunha mestura (crossover) anormal. Algúns exemplos son:
Síndrome Cri-du-Chat, que a causa a eliminación parcial do brazo curto do cromosoma 5. As vítimas emiten sons agudos que se asemellan ao miado dun gato. Teñen os ollos afastados, cabeza e maxilar pequenos e atraso mental.
Síndrome de Wolf-Hirschhorn, que a causa o borrado parcial do brazo curto do cromosoma 4. Caracterízase por crecemento tardío acentuado e deficiencia mental.
Falta ou exceso de cromosomas, chamada aneuploidía, que resulta dunha segregación cromosómica incompleta e está moitas veces relacionada co cancro. Algúns exemplos son:
Síndrome de Down, por presenza dun cromosoma 21 de máis, polo que tamén é coñecida como trisomía 21. Os síntomas son control muscular diminuído, cranio asimétrico, ollos oblicuos e atraso mental.
Síndrome de Klinefelter (XXY). Os homes con síndrome de Klinefelter son normalmente estériles. Teñen tendencia a ter brazos e pernas máis longos e a ser máis altos do común. Outros síntomas comúns son fatiga, apatía, falta de sentimento e unha tendencia maior a desenvolver disturbios psicolóxicos.
Síndrome de Turner (X en vez de XX ou XY). Na síndrome de Turner, as características sexuais femininas están máis subdesenvolvidas. As persoas que sofren de síndrome de Turner teñen moitas veces estatura pequena, testa estreita, características oculares e desenvolvemento óseo anormais, especialmente no peito (pectus excavatum).