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.

LA C�LULA T�PICA

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.

Figura 6. Una 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.

Cromosomas de un hombre. Se observan 46 cromosomas, se se�ala el par de cromosomas sexuales masculinos.

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.

CUADRO 1. Algunos ejemplos de enfermedades gen�ticas.


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.

MUTACIONES Y C�NCER

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.

MUTACIONES EN EL EMBRI�N

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.

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