IV. UN VIAJE POR LA CÉLULA
TODOS los organismos vivos están constituidos por una o más células. Estas células se organizan y forman tejidos encargados de realizar las diferentes funciones necesarias para vivir. Los efectos biológicos de la radiación serán en primera instancia sobre las células, por lo que para entenderlos primero es necesario conocer la morfología y fisiología celulares. Este capítulo se propone describir los principios básicos de la biología celular y su relación con aquellos agentes externos (físicos, químicos o virales) capaces de alterar fundamentalmente la información genética contenida en la célula.
Las células presentan diferentes características en su forma, tamaño, componentes, y en su velocidad de división, de acuerdo con el tejido al que pertenecen y a la función que realizan. Sin embargo, hay características comunes a todas ellas. Todas las celulas están compuestas de una membrana, el citoplasma y un núcleo.
La membrana es la estructura que limita a la célula, a través de ella entran o salen sustancias y nutrientes. La membrana celular está constituida por una capa de grasas (lípidos) dentro de la cual y a diferentes niveles, se encuentran imbricadas proteínas. Éstas actúan como receptores cuya función es mantener la comunicación intra y extracelular. Esta constitución hace que la membrana sea semipermeable, es decir, capaz de seleccionar el tipo de sustancia que puede entrar a la celula. La integridad de la membrana es muy importante y el daño a esta cubierta puede ser fatal para la célula.
El citoplasma se encuentra envuelto por la membrana y rodea al núcleo. Está constituido por proteínas, lo que le da un aspecto semiviscoso. En el citoplasma se encuentran localizadas las estructuras celulares llamadas organelas que realizan las diferentes actividades requeridas para el funcionamiento adecuado de la célula. Entre las organelas principales se pueden mencionar las mitocondrias, encargadas de la producción de moléculas ricas en energía (llamadas ATP), los ribosomas, donde se realiza la síntesis de proteínas, y los lisosomas, encargados de la digestión de moléculas.
El núcleo es la estructura más importante para la vida celular, pues ahí se encuentra la "computadora central" que dirige todo el funcionamiento celular. La figura 6 muestra un esquema de los componentes de la célula típica.
En el núcleo se encuentra una macromolécula llamada ADN (ácido desoxirribonucleico) que almacena toda la información necesaria para que la célula viva. El ADN se estructura en forma de doble hélice y está constituido por la unión de bases nitrogenadas con azúcar y fósforo. Las bases nitrogenadas son de cuatro tipos y la secuencia de ellas contiene el mensaje (código genético) para la síntesis de las proteínas. Estas últimas determinarán la estructura y estará a su cargo gran parte de las funciones fisiológicas del organismo.
La unidad más sencilla, completa y funcional formada por el ADN se llama gen. Un gen contiene la información suficiente para producir los elementos que constituyen las proteínas. Todas las características, visibles y funcionales de un organismo, dependen de la estructura y expresión precisas de los productos de los genes. En el nivel molecular el funcionamiento de todos los genes de los diferentes organismos vivos es idéntico. Aprovechando esto, la muy reciente área científica de la ingeniería genética ha logrado trasplantar un gen humano a una bacteria, consiguiendo que la bacteria lea el mensaje y sintetice una proteína humana. Así se ha logrado producir insulina humana por medio de estas técnicas biotecnológicas, disminuyendo las reacciones adversas que provoca la insulina porcina en el paciente diabético. La producción de insulina porcina ha requerido el sacrificio de miles de animales, mientras que la nueva tecnología permite su obtención a partir de cultivos bacterianos dentro de un laboratorio.
Los genes se agrupan en estructuras conocidas como cromosomas. El número de cromosomas es característico de cada especie y así, el ser humano posee 23 pares diferentes, es decir 46 cromosomas en cada una de sus células, excepto en las celulas reproductivas (tanto en el óvulo como en el espermatozoide se encuentran 23 cromosomas, los cuales al reunirse en la fecundación recuperan el número de 46 propio de la especie humana). De los 23 pares de cromosomas, uno de ellos determina el sexo del individuo. En la mujer se presentan dos cromosomas llamados X y, en el hombre, hay un X (igual al de la mujer) y otro llamado Y.
El nuevo ser recibe, a través de los cromosomas, las características de la familia materna y de la familia paterna que, combinadas al azar, determinarán sus rasgos individuales. Dentro de una familia, las diferencias entre los hermanos se deben a las múltiples combinaciones posibles de los cromosomas recibidos de los padres.
Las células se desgastan y se destruyen constantemente, por lo que un organismo debe generar nuevas células a la misma velocidad que mueren las que lo constituyen. En un ser humano cada segundo se dividen miles de células por el proceso de la mitosis. La célula se divide en dos hijas, cada una de las cuales recibe todas las estructuras que posee la célula progenitora. Durante la mitosis, los cromosomas se duplican y así cada célula hija recibe un juego completo de cromosomas. Un caso especial lo constituye la generación de las células reproductivas (el óvulo y el espermatozoide) que se forman a partir de células progenitoras con 46 cromosomas para la especie humana, y que por un proceso especial llamado meiosis reciben solamente un cromosoma de cada par, es decir 23.
MUTACIONES Y ENFERMEDADES GENÉTICAS
Es posible que la secuencia de bases en la hélice del ADN se modifique, con lo que se produce un cambio en la información que se encuentra codificada en la molécula. A este cambio se le denomina mutación y puede ocurrir en el ADN de cualquier célula. Los efectos son distintos si la mutación ocurre en una célula reproductiva (óvulo en la mujer, espermatozoide en el hombre), o si ocurre en una célula somática (cualquier célula que no es reproductiva). En el primer caso, los efectos se manifestarán en la descendencia que heredará la mutación y sufrirá sus consecuencias. En el segundo caso, el afectado es el propio individuo en el que ocurre la mutación quien, como última consecuencia, podría desarrollar un cáncer. Un caso especial de mutación somática es aquella que afecta al embrión, el cual discutiremos más adelante.
Las mutaciones heredadas no se hacen evidentes necesariamente desde el nacimiento. Por ejemplo, la corea de Huntington, que es una enfermedad en que todos los músculos del cuerpo degeneran hasta ocasionar la muerte del individuo, puede manifestarse incluso después de los 50 años de vida del afectado.
Si una mutación produce un cambio visible (al microscopio) en un cromosoma, se trata de una mutación cromosómica. Si el cambio afecta a un gen, se le llama mutación génica. Una posible mutación cromosómica sería la presencia de un cromosoma extra, como ocurre en el síndrome de Down, en que el individuo posee 47 cromosomas. Un ejemplo de mutación génica lo constituye la acondroplasia, que se manifiesta como un tipo de enanismo.
Las mutaciones génicas pueden ser dominantes, recesivas y multifactoriales. En la mutación dominante la persona que tiene el gen mutado en sus células sufre el padecimiento y lo transmitirá al 50% de sus hijos; un ejemplo clásico de este tipo de transmisión es la recién mencionada acondroplasia. Para que las mutaciones recesivas se manifiesten es necesario que los dos progenitores hayan tenido una mutación recesiva en el mismo gen. El padre y la madre que tienen ese gen mutado no sufrirán ninguna enfermedad; sin embargo, el hijo que reciba el gen mutado (el 25% de los hijos) sí manifestará la enfermedad. Éste es el caso del nacimiento de un niño albino en familias donde los padres no son albinos. Las mutaciones génicas multifactoriales causan enfermedades comunes como la diabetes, la epilepsia y la hipertensión arterial, que son recurrentes en una misma familia y cuyos mecanismos de herencia se conocen poco.
Se han identificado a la fecha más de 3 mil enfermedades hereditarias que pasan
de generación en generación y algunas de ellas se mencionan en el cuadro 1.
El 3% de todos los seres humanos nacidos vivos presenta algún tipo de mutación
que se manifestará con variados grados de severidad.
| Clasificación | Nombre | Característica principal | |
| Orteogénesis imperfecta | Fracturas múltiples | ||
| Dominante | Síndrome de Marfan | Alteraciones cardiovasculares | |
| Acondroplasia | Enanismo | ||
| Albinismo | Despigmentación | ||
| GÉNICAS | Recesiva | Hemofilia | Coagulación deficiente |
| Corea de Huntington | Atrofia muscular | ||
| Diabetes | Exceso de azúcar en la sangre | ||
| Multifactorial | Epilepsia | Ausencias mentales | |
| Labio leporino | Desarrollo incompleto del labio | ||
| Autosómico | Síndrome de Down | Retraso mental | |
| CROMOSÓMICAS | |||
| Sexual | Síndrome de Turner | Desarrollo sexual incompleto | |
Cabe preguntarse cuál es la causa de estas enfermedades. Se sabe con certeza que parte de ellas son heredadas, sin conocerse cuándo se iniciaron. El ejemplo más conocido es la aparición de la hemofilia en la familia real inglesa en el siglo XIX, que fue transmitida a través de varias generaciones de gobernantes, influyendo incluso en la historia de Inglaterra, Rusia y España. Otras mutaciones son nuevas y se considera probable que los agentes ambientales (físicos, químicos y virales) sean factores causales de algunas patologías genéticas. Sin embargo, hasta el momento no existe evidencia epidemiológica (en seres humanos) de que la frecuencia de las enfermedades hereditarias se haya elevado como consecuencia de la exposición a agentes ambientales. Experimentos realizados con bacterias en laboratorios muestran que existen agentes capaces de inducir mutaciones. También hay datos obtenidos en pruebas con roedores que indican que agentes ambientales pueden causar alteraciones génicas y cromosómicas.
El cáncer es una enfermedad en la cual se altera la división normal de las
células, por lo que se producen tumores. El crecimiento descontrolado del tumor
altera el funcionamiento normal del órgano en que se encuentra y puede causar
la aparición de nuevos tumores en otros órganos. El origen del cáncer no es
conocido, sin embargo la evidencia científica indica que las mutaciones
en el ADN de las células (principalmente en las somáticas) desempeñan
un papel importante en su inicio.
El papel que pudieran tener las mutaciones en el desarrollo del cáncer ha sido estudiado desde 1914. De acuerdo con los datos epidemiológicos y de laboratorio con que se cuenta se ha dicho que el cáncer es un proceso de múltiples causas que ocurre en varias etapas, con interacciones entre factores hereditarios y no hereditarios. El proceso de carcinogénesis implica no sólo la exposición a un agente, sino la interacción de éste con el ADN, la reparación (eficiente o ineficiente) de la lesión, la fijación del daño tras la replicación del ADN y el desarrollo de la lesión fijada para dar origen a una célula cancerosa. Esta célula se replicará sin control, lo que dará origen al tumor.
En los últimos años se ha sugerido la posibilidad de que en el cáncer intervenga la activación de ciertos genes, llamados protooncogenes, que se encuentran normalmente en todas las células cumpliendo funciones diversas. Por procesos aún no del todo conocidos, espontáneos o inducidos, estos genes pueden sufrir modificaciones en su estructura o en el sitio que ocupan dentro de los cromosomas, cambiando su actividad normal por otra que resulta dañina para la célula. Esta modificación los transforma en oncogenes, que pueden ser llevados de célula a célula como parte del material genético de un virus invasor, extendiéndose así la anormalidad al tejido. Hasta la fecha se han identificado unos 40 oncogenes asociados a diversas formas de cáncer. Este tema constituye una de las áreas más activas y fascinantes de la investigación actual en genética.
La mutación en células embrionarias puede conducir a la muerte del embrión o al nacimiento de un niño anormal. Estas alteraciones pueden producirse por la acción de agentes físicos, químicos y biológicos sobre el ADN.
En cuanto a la posibilidad de inducir un cáncer en el embrión por medio de la irradiación, en teoría, cualquier sustancia capaz de inducir cáncer en un adulto y que cruza la placenta, puede ser carcinogénica para el embrión. Hasta la fecha, el único carcinógeno transplacentario para humanos, identificado de manera concluyente, es el dietilestilbestrol, una hormona sintética utilizada durante el embarazo para prevenir un aborto. Se ha descubierto que este compuesto puede inducir el cáncer de vagina en mujeres cuyas madres se expusieron a él durante la gestación. Nuevamente, es en animales de experimentación donde se ha podido identificar otros agentes de cáncer transplacentario.
Hasta ahora hemos mencionado los efectos generales causados en la célula por
cualquier agente mutagénico, ya sea físico, químico o biológico. En los dos
siguientes capítulos se describirá en particular la acción de la radiación sobre
la materia viva.
