IV. UN VIAJE POR LA C�LULA
TODOS los organismos vivos est�n constituidos por una o m�s c�lulas. Estas c�lulas se organizan y forman tejidos encargados de realizar las diferentes funciones necesarias para vivir. Los efectos biol�gicos de la radiaci�n ser�n en primera instancia sobre las c�lulas, por lo que para entenderlos primero es necesario conocer la morfolog�a y fisiolog�a celulares. Este cap�tulo se propone describir los principios b�sicos de la biolog�a celular y su relaci�n con aquellos agentes externos (f�sicos, qu�micos o virales) capaces de alterar fundamentalmente la informaci�n gen�tica contenida en la c�lula.
Las c�lulas presentan diferentes caracter�sticas en su forma, tama�o, componentes, y en su velocidad de divisi�n, de acuerdo con el tejido al que pertenecen y a la funci�n que realizan. Sin embargo, hay caracter�sticas comunes a todas ellas. Todas las celulas est�n compuestas de una membrana, el citoplasma y un n�cleo.
La membrana es la estructura que limita a la c�lula, a trav�s de ella entran o salen sustancias y nutrientes. La membrana celular est� constituida por una capa de grasas (l�pidos) dentro de la cual y a diferentes niveles, se encuentran imbricadas prote�nas. �stas act�an como receptores cuya funci�n es mantener la comunicaci�n intra y extracelular. Esta constituci�n 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 da�o a esta cubierta puede ser fatal para la c�lula.
El citoplasma se encuentra envuelto por la membrana y rodea al n�cleo. Est� constituido por prote�nas, 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 c�lula. Entre las organelas principales se pueden mencionar las mitocondrias, encargadas de la producci�n de mol�culas ricas en energ�a (llamadas ATP), los ribosomas, donde se realiza la s�ntesis de prote�nas, y los lisosomas, encargados de la digesti�n de mol�culas.
El n�cleo es la estructura m�s importante para la vida celular, pues ah� se encuentra la "computadora central" que dirige todo el funcionamiento celular. La figura 6 muestra un esquema de los componentes de la c�lula t�pica.
En el n�cleo se encuentra una macromol�cula llamada ADN (�cido desoxirribonucleico) que almacena toda la informaci�n necesaria para que la c�lula viva. El ADN se estructura en forma de doble h�lice y est� constituido por la uni�n de bases nitrogenadas con az�car y f�sforo. Las bases nitrogenadas son de cuatro tipos y la secuencia de ellas contiene el mensaje (c�digo gen�tico) para la s�ntesis de las prote�nas. Estas �ltimas determinar�n la estructura y estar� a su cargo gran parte de las funciones fisiol�gicas del organismo.
La unidad m�s sencilla, completa y funcional formada por el ADN se llama gen. Un gen contiene la informaci�n suficiente para producir los elementos que constituyen las prote�nas. Todas las caracter�sticas, visibles y funcionales de un organismo, dependen de la estructura y expresi�n precisas de los productos de los genes. En el nivel molecular el funcionamiento de todos los genes de los diferentes organismos vivos es id�ntico. Aprovechando esto, la muy reciente �rea cient�fica de la ingenier�a gen�tica ha logrado trasplantar un gen humano a una bacteria, consiguiendo que la bacteria lea el mensaje y sintetice una prote�na humana. As� se ha logrado producir insulina humana por medio de estas t�cnicas biotecnol�gicas, disminuyendo las reacciones adversas que provoca la insulina porcina en el paciente diab�tico. La producci�n de insulina porcina ha requerido el sacrificio de miles de animales, mientras que la nueva tecnolog�a permite su obtenci�n a partir de cultivos bacterianos dentro de un laboratorio.
Los genes se agrupan en estructuras conocidas como cromosomas. El n�mero de cromosomas es caracter�stico de cada especie y as�, el ser humano posee 23 pares diferentes, es decir 46 cromosomas en cada una de sus c�lulas, excepto en las celulas reproductivas (tanto en el �vulo como en el espermatozoide se encuentran 23 cromosomas, los cuales al reunirse en la fecundaci�n recuperan el n�mero 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 trav�s de los cromosomas, las caracter�sticas de la familia materna y de la familia paterna que, combinadas al azar, determinar�n sus rasgos individuales. Dentro de una familia, las diferencias entre los hermanos se deben a las m�ltiples combinaciones posibles de los cromosomas recibidos de los padres.
Las c�lulas se desgastan y se destruyen constantemente, por lo que un organismo debe generar nuevas c�lulas a la misma velocidad que mueren las que lo constituyen. En un ser humano cada segundo se dividen miles de c�lulas por el proceso de la mitosis. La c�lula se divide en dos hijas, cada una de las cuales recibe todas las estructuras que posee la c�lula progenitora. Durante la mitosis, los cromosomas se duplican y as� cada c�lula hija recibe un juego completo de cromosomas. Un caso especial lo constituye la generaci�n de las c�lulas reproductivas (el �vulo y el espermatozoide) que se forman a partir de c�lulas 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 GEN�TICAS
Es posible que la secuencia de bases en la h�lice del ADN se modifique, con lo que se produce un cambio en la informaci�n que se encuentra codificada en la mol�cula. A este cambio se le denomina mutaci�n y puede ocurrir en el ADN de cualquier c�lula. Los efectos son distintos si la mutaci�n ocurre en una c�lula reproductiva (�vulo en la mujer, espermatozoide en el hombre), o si ocurre en una c�lula som�tica (cualquier c�lula que no es reproductiva). En el primer caso, los efectos se manifestar�n en la descendencia que heredar� la mutaci�n y sufrir� sus consecuencias. En el segundo caso, el afectado es el propio individuo en el que ocurre la mutaci�n quien, como �ltima consecuencia, podr�a desarrollar un c�ncer. Un caso especial de mutaci�n som�tica es aquella que afecta al embri�n, el cual discutiremos m�s 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 m�sculos del cuerpo degeneran hasta ocasionar la muerte del individuo, puede manifestarse incluso despu�s de los 50 a�os de vida del afectado.
Si una mutaci�n produce un cambio visible (al microscopio) en un cromosoma, se trata de una mutaci�n cromos�mica. Si el cambio afecta a un gen, se le llama mutaci�n g�nica. Una posible mutaci�n cromos�mica ser�a la presencia de un cromosoma extra, como ocurre en el s�ndrome de Down, en que el individuo posee 47 cromosomas. Un ejemplo de mutaci�n g�nica lo constituye la acondroplasia, que se manifiesta como un tipo de enanismo.
Las mutaciones g�nicas pueden ser dominantes, recesivas y multifactoriales. En la mutaci�n dominante la persona que tiene el gen mutado en sus c�lulas sufre el padecimiento y lo transmitir� al 50% de sus hijos; un ejemplo cl�sico de este tipo de transmisi�n es la reci�n mencionada acondroplasia. Para que las mutaciones recesivas se manifiesten es necesario que los dos progenitores hayan tenido una mutaci�n recesiva en el mismo gen. El padre y la madre que tienen ese gen mutado no sufrir�n ninguna enfermedad; sin embargo, el hijo que reciba el gen mutado (el 25% de los hijos) s� manifestar� la enfermedad. �ste es el caso del nacimiento de un ni�o albino en familias donde los padres no son albinos. Las mutaciones g�nicas multifactoriales causan enfermedades comunes como la diabetes, la epilepsia y la hipertensi�n arterial, que son recurrentes en una misma familia y cuyos mecanismos de herencia se conocen poco.
Se han identificado a la fecha m�s de 3 mil enfermedades hereditarias que pasan
de generaci�n en generaci�n y algunas de ellas se mencionan en el cuadro 1.
El 3% de todos los seres humanos nacidos vivos presenta alg�n tipo de mutaci�n
que se manifestar� 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 cu�l es la causa de estas enfermedades. Se sabe con certeza que parte de ellas son heredadas, sin conocerse cu�ndo se iniciaron. El ejemplo m�s conocido es la aparici�n de la hemofilia en la familia real inglesa en el siglo XIX, que fue transmitida a trav�s de varias generaciones de gobernantes, influyendo incluso en la historia de Inglaterra, Rusia y Espa�a. Otras mutaciones son nuevas y se considera probable que los agentes ambientales (f�sicos, qu�micos y virales) sean factores causales de algunas patolog�as gen�ticas. Sin embargo, hasta el momento no existe evidencia epidemiol�gica (en seres humanos) de que la frecuencia de las enfermedades hereditarias se haya elevado como consecuencia de la exposici�n a agentes ambientales. Experimentos realizados con bacterias en laboratorios muestran que existen agentes capaces de inducir mutaciones. Tambi�n hay datos obtenidos en pruebas con roedores que indican que agentes ambientales pueden causar alteraciones g�nicas y cromos�micas.
El c�ncer es una enfermedad en la cual se altera la divisi�n normal de las
c�lulas, por lo que se producen tumores. El crecimiento descontrolado del tumor
altera el funcionamiento normal del �rgano en que se encuentra y puede causar
la aparici�n de nuevos tumores en otros �rganos. El origen del c�ncer no es
conocido, sin embargo la evidencia científica indica que las mutaciones
en el ADN de las c�lulas (principalmente en las som�ticas) desempe�an
un papel importante en su inicio.
El papel que pudieran tener las mutaciones en el desarrollo del c�ncer ha sido estudiado desde 1914. De acuerdo con los datos epidemiol�gicos y de laboratorio con que se cuenta se ha dicho que el c�ncer es un proceso de m�ltiples causas que ocurre en varias etapas, con interacciones entre factores hereditarios y no hereditarios. El proceso de carcinog�nesis implica no s�lo la exposici�n a un agente, sino la interacci�n de �ste con el ADN, la reparaci�n (eficiente o ineficiente) de la lesi�n, la fijaci�n del da�o tras la replicaci�n del ADN y el desarrollo de la lesi�n fijada para dar origen a una c�lula cancerosa. Esta c�lula se replicar� sin control, lo que dar� origen al tumor.
En los �ltimos a�os se ha sugerido la posibilidad de que en el c�ncer intervenga la activaci�n de ciertos genes, llamados protooncogenes, que se encuentran normalmente en todas las c�lulas cumpliendo funciones diversas. Por procesos a�n no del todo conocidos, espont�neos 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 da�ina para la c�lula. Esta modificaci�n los transforma en oncogenes, que pueden ser llevados de c�lula a c�lula como parte del material gen�tico de un virus invasor, extendi�ndose as� la anormalidad al tejido. Hasta la fecha se han identificado unos 40 oncogenes asociados a diversas formas de c�ncer. Este tema constituye una de las �reas m�s activas y fascinantes de la investigaci�n actual en gen�tica.
La mutaci�n en c�lulas embrionarias puede conducir a la muerte del embri�n o al nacimiento de un ni�o anormal. Estas alteraciones pueden producirse por la acci�n de agentes f�sicos, qu�micos y biol�gicos sobre el ADN.
En cuanto a la posibilidad de inducir un c�ncer en el embri�n por medio de la irradiaci�n, en teor�a, cualquier sustancia capaz de inducir c�ncer en un adulto y que cruza la placenta, puede ser carcinog�nica para el embri�n. Hasta la fecha, el �nico carcin�geno transplacentario para humanos, identificado de manera concluyente, es el dietilestilbestrol, una hormona sint�tica utilizada durante el embarazo para prevenir un aborto. Se ha descubierto que este compuesto puede inducir el c�ncer de vagina en mujeres cuyas madres se expusieron a �l durante la gestaci�n. Nuevamente, es en animales de experimentaci�n donde se ha podido identificar otros agentes de c�ncer transplacentario.
Hasta ahora hemos mencionado los efectos generales causados en la c�lula por
cualquier agente mutag�nico, ya sea f�sico, qu�mico o biol�gico. En los dos
siguientes cap�tulos se describir� en particular la acci�n de la radiaci�n sobre
la materia viva.
