Cromosoma

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Vista general de las células en un ápice de raíz de
cebolla (Allium cepa), observado
con 800 aumentos. (a) Célula sin dividirse, obsérvese la red de cromatina y el
nucléolo
intensamente teñido; (b) núcleos preparados para la división celular, puede
observarse que la cromatina se ha condensado; (c) Células en distintos estadios
de división mitótica, se pueden observar que la cromatina se ha terminado de
condensar y se han formado los cromosomas.

En biología, se denomina
cromosoma (del griego χρώμα, -τος
chroma, color y σώμα, -τος soma, cuerpo o elemento) a cada uno de
los pequeños cuerpos en forma de bastoncillos en que se organiza la cromatina del
núcleo celular durante
las divisiones celulares (mitosis y meiosis). La cromatina es un
material microscópico que lleva la información genética de los organismos
eucariotas y está constituida por ADN asociado a proteínas especiales
llamadas histonas. Este material se
encuentra en el núcleo de las células eucariotas y se visualiza como
una maraña de hilos delgados. Cuando el núcleo celular comienza el proceso de
división (cariocinesis), esa maraña
de hilos inicia un fenómeno de condensación progresivo que finaliza en la
formación de entidades discretas e independientes: los cromosomas. Por lo tanto,
cromatina y cromosoma son dos aspectos morfológicamente distintos de una misma
entidad celular.[1]

Diagrama de un cromosoma eucariótico duplicado y
condensado (en metafase mitótica). (1) Cromátida,
cada una de las partes idénticas de un cromosoma luego de la duplicación del ADN. (2)
Centrómero, el lugar del
cromosoma en el cual ambas cromátidas se tocan. (3) Brazo corto. (4) Brazo
largo.

Cuando se examinan con detalle durante la mitosis, se observa que los
cromosomas presentan una forma y un tamaño característicos. Cada cromosoma tiene
una región condensada, o constreñida, llamada centrómero, que confiere la
apariencia general de cada cromosoma y que permite clasificarlos según la
posición del centrómero a lo largo del cromosoma. Otra observación que se puede
realizar es que el número de cromosomas de los individuos de la misma especie es
constante. Esta cantidad de cromosomas se denomina número diploide y se simboliza como
2n. Cuando se examina la longitud de tales cromosomas y la situación del
centrómero surge el segundo rasgo general: para cada cromosoma con una longitud
y una posición del centrómero determinada existe otro cromosoma con rasgos
idénticos, o sea, casi todos los cromosomas se encuentran formando parejas. Los
miembros de cada par se denominan cromosomas
homólogos.

Mapa citogenético o cariograma de una niña antes
de nacer, resultado de una amniocentesis a su
madre.

En la figura de la derecha se presentan todos los cromosomas mitóticos de una
niña, ordenados por parejas de homólogos y por su longitud, lo que se denomina
cariotipo.
Puede observarse que en ese cariotipo hay 46 cromosomas (o sea, 2n=46) que es el
número cromosómico de la especie humana. Se puede advertir, también, que cada
cromosoma tiene una estructura doble, con dos cromátidas hermanas que yacen
paralelas entre sí y unidas por un único centrómero. Durante la mitosis las
cromátidas hermanas, que son idénticas, se separan una de otra hacia dos nuevas
células. Las parejas de cromosomas homólogos que se observan en la imagen
tienen, además, una semejanza genética fundamental: presentan los mismos genes situados en los
mismos lugares a lo largo del cromosoma (tales lugares se denominan locus o
loci en plural). Esto indica que cada miembro del par de homólogos lleva
información genética para las mismas características del organismo. En
organismos con reproducción sexual, uno de los miembros del par de cromosomas
homólogos proviene de la madre (a través del óvulo) y el otro del padre (a
través del espermatozoide). Por
ello, y como consecuencia de la herencia biparental, cada organismo diploide
tiene dos copias de cada uno de los genes, cada una ubicada en uno de los
cromosomas homólogos.[1]
Una excepción importante en el concepto de parejas de cromosomas homólogos es
que en muchas especies los miembros de una pareja, los cromosomas que determinan
el sexo o cromosomas sexuales,
no tienen usualmente el mismo tamaño, igual situación del centrómero, la misma
proporción entre los brazos o, incluso, los mismos loci. En la imagen
puede observarse, por ejemplo, que el cromosoma Y (que determina
el sexo masculino en humanos) es de menor tamaño y carece de la mayoría de los
loci que se encuentran en el cromosoma X.[1]
[2]

Contenido

1 Historia y
definiciones

1.1 Cronología de
descubrimientos

2 Estructura y composición
química de la cromatina

2.1 Las histonas

2.2 El
nucleosoma

2.3 Proteínas cromosómicas
no histónicas: el armazón proteico

2.3.1 Las proteínas
HMG

2.3.2 El armazón proteico
de los cromosomas

2.4 Modelos alternativos de
la estructura cromosómica

2.4.1 La aproximación
biofísica

2.4.2 Los componentes
bioquímicos de los cromosomas

2.5 El ARN

3 Tipos de
cromatina

3.1 Diferencias entre
eucromatina y heterocromatina

3.2 Tipos de
heterocromatina

4 Elementos diferenciados en
la estructura cromosómica

4.1 Centrómeros

4.2 Telómeros

4.3 Regiones organizadoras
del nucléolo

4.4 Cromómeros

5 Estructura externa de los
cromosomas: número, forma y tamaño

5.1 Constancia del número
de cromosomas

5.2 Cromosomas
sexuales

5.3 Forma de los
cromosomas

5.4 Tamaño
cromosómico

5.5 Bandeo
cromosómico

6 Los cromosomas
humanos

6.1 Técnica de
estudio

7 Tipos especiales de
cromosomas

7.1 Cromosomas
politénicos

7.2 Cromosomas en
escobilla

7.3 Cromosomas B

7.4 Isocromosomas

8 El cromosoma en organismos
procariotas

9 Cromosomas
artificiales

10 Véase también

11 Notas

12 Referencias

13 Bibliografía

14 Enlaces
externos

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Historia y
definiciones

Desde un punto de vista etimológico, la palabra cromosoma procede del
griego y
significa "cuerpo que se tiñe"; mientras que la palabra cromatina significa "sustancia
que se tiñe". Los cromosomas fueron observados en células de plantas por el
botánico suizo Karl Wilhelm von
Nägeli en 1842 e, independientemente, por el científico belga Edouard Van Beneden
en lombrices del género Ascaris.[3]
[4]
El uso de drogas basofílicas (p.ej. las anilinas) como técnica citológica para
observar el material nuclear fue fundamental para los descubrimientos
posteriores. Así, el citólogo alemán Walther Flemming en
1882 definió inicialmente la cromatina como "la sustancia que constituye los núcleos
interfásicos y que muestra determinadas propiedades de tinción".[5]
Por tanto, las definiciones iniciales de cromosoma y cromatina son puramente
citológicas. La definición biológica sólo se alcanzó a principios del siglo XX, con
el redescubrimiento de las Leyes de Mendel: tanto
la cromatina como el cromosoma constituyen el material genético organizado. Para
ello, fueron fundamentales los trabajos del holandés Hugo de Vries (1848-1935),
del alemán Carl Correns (1894-1933) y
del austríaco Erich von
Tschermak-Seysenegg (1871-1962), cuyos grupos de investigación
redescubrieron independientemente las leyes de Mendel y asociaron los factores
genéticos o genes a los cromosomas. Un breve resumen de los acontecimientos
asociados a la historia del concepto de cromosoma se provee a continuación.[6]

El primer investigador que aisló ADN fue el suizo Friedrich Miescher,
entre 1868 y 1869, cuando realizaba sus estudios postdoctorales en el
laboratorio de Ernst
Felix Hoppe-Seyler (uno de los fundadores de la bioquímica, la fisiología y la biología
molecular) en Tübingen. Miescher estaba
analizando la composición química del pus de los vendajes usados del
hospital, para lo cual aisló núcleos y comprobó que estaban formados por una
única sustancia química muy homogénea, no proteica, a la que denominó
nucleína. Sin embargo, fue Richard
Altmann en 1889 quien acuñó el término ácido nucleico, cuando
se demostró que la nucleína tenía propiedades ácidas. En 1881, E.
Zacharias demostró que los cromosomas estaban químicamente formados por
nucleína, estableciendo la primera asociación entre los datos citológicos
y bioquímicos.

Las primeras observaciones de la división celular (la mitosis, durante la cual la
célula madre reparte sus cromosomas entre las dos células hijas), se realizaron
entre 1879 y 1882 por Walther Flemming y Robert Feulgen, de forma
independiente, gracias al desarrollo de nuevas técnicas de tinción. La
asociación entre herencia y los cromosomas se
realiza poco después (1889) por August Weismann, de
manera teórica, casi intuitiva. Pero los primeros datos experimentales que
permitieron a Walter Sutton[7]
y Theodor Boveri[8]
proponer que los "factores" de Mendel eran unidades físicas que
se localizan en los cromosomas (lo que se denomina a menudo la teoría
cromosómica de Sutton y Boveri) datan de 1902. Estas ideas permanecieron
controvertidas hasta que Thomas Hunt Morgan
realizó los experimentos que hoy se consideran clásicos sobre los rasgos
genéticos ligados al sexo, publicados en 1910, lo que le valió el Premio
Nobel en 1933.[9]

La demostración de que los genes están en los cromosomas se realizó por Calvin
Bridges y Nettie Stevens en 1912 y
fue Alfred Henry
Sturtevant quien probó que los genes se hallan dispuestos linealmente a lo
largo del cromosoma, elaborando el primer mapa
genético de un organismo, Drosophila
melanogaster. Las bases fundamentales de la herencia quedaron
definitivamente establecidas en 1915, cuando apareció el libro "El mecanismo
de la herencia mendeliana" escrito por Thomas H. Morgan, Alfred Strurtevant,
Hermann Muller y Calvin Bridges.[10]
En 1919 Phoebus
Levene identificó que un nucleótido está formado por una base, un azúcar y un fosfato,[11]
iniciando así el análisis molecular del ADN, que llevaría a la comprensión de
los mecanismos moleculares de la herencia (véase también Historia del
ADN).

Cromatina.

En el caso de los organismos eucariontes el cromosoma está formado por tres
tipos diferentes de moléculas: el ADN, las histonas y las proteínas no
histónicas. De hecho, los cromosomas eucarióticos son moléculas muy largas de
ADN de doble hélice que interactúan con proteínas (histonas y no histonas) y se
pueden hallar en estados relajados o poco compactados, como en los núcleos de
las células en interfase, hasta en estados
altamente compactados, como sucede en la metafase mitótica.

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Cronología de
descubrimientos

Karl Wilhelm von
Nägeli, botánico suizo descubridor de los cromosomas.

1841, los
cromosomas fueron descubiertos por Karl Wilhelm von
Nägeli.

1869, Friedrich Miescher
descubre el ADN.

1889, Wilhelm
von Waldeyer les dio el nombre de cromosoma que significa cuerpo
coloreado en idioma griego.

1910, Thomas Hunt Morgan
describió que son los portadores de los genes.

1943, Oswald
Avery, C. McLeod y M. McCarty descubren que el ADN es el material
hereditario.

1953, James Dewey Watson
y Francis Harry
Compton Crick descubren la estructura del ADN.

1966, Severo
Ochoa completa el código genético.

1972, D.
Jackson, R. Symons, P. Berg: molécula artificial.

1973, J. Boyer,
S. Cohen: clonación de bacterias.

1977, Frederick Sanger:
secuenciación del ADN.

1978,
producción de proteína humana en bacterias.

1981, se hace
el primer diagnóstico prenatal.

1982, se crean
los primeros organismos transgénicos.

1983,
secuenciación de los primeros genomas enteros.

2001,
secuenciación del genoma humano.

[editar]
Estructura y
composición química de la cromatina

Artículo principal: cromatina

Los principales componentes que se obtienen cuando se aísla la cromatina de
los núcleos interfásicos son el ADN, las proteínas histónicas, las proteínas no
histónicas y el ARN. La cantidad de proteínas no histónicas puede variar de unos
tejidos a otros en el mismo individuo y dentro del mismo tejido a lo largo del
desarrollo.

[editar]
Las histonas

Artículo principal: histona

Las histonas son proteínas básicas, ricas en residuos de lisina y arginina, que muestran una
elevada conservación evolutiva y que interaccionan con el ADN formando una
subunidad que se repite a lo largo de la cromatina denominada nucleosoma.
Los principales tipos de histonas que se han aislado en los núcleos interfásicos
en diferentes especies eucariontes son: H1, H2A, H2B, H3 y H4. Además de estas
histonas, también existen otras que son específicas de tejido como la histona H5
muy rica en lisina (25 moles%) específica de eritrocitos nucleados de
vertebrados no mamíferos, y las histonas del endosperma.[12]
Asimismo, la cromatina centromérica se caracteriza por la presencia de una
isoforma específica de la histona H3, denominada CENP-A en vertebrados.

Una de las características más destacables es su elevado conservadurismo
evolutivo, sobre todo de las histonas H3 y H4. La histona H4 de guisante y de timo de ternera
se diferencian solamente en dos aminoácidos. Este dato indica que las
interacciones entre el ADN y las histonas para formar la cromatina deben ser muy
semejantes en todos los organismos eucariontes.

Los genes que
codifican las histonas se encuentran agrupados en nichos (o clusters) que
se repiten decenas o centenas de veces. Cada cluster o grupo contiene el
siguiente orden de genes que codifican histonas: H1-H2A-H3-H2B-H4. Estos genes
son ricos en pares G-C, ya que codifican proteínas con un elevado contenido en
lisina y arginina, pero
están separados por secuencias espaciadoras ricas en pares A-T.[13]
[14]
[12]
[15]
[16]

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El nucleosoma

Artículo principal: nucleosoma

Estructura del nucleosoma.

La cromatina de núcleos en interfase, cuando se observa mediante técnicas de
microscopia electrónica, se puede describir como un collar de cuentas o un
rosario, en el que cada cuenta es una subunidad esférica o globular que se
denomina nucleosoma; los nucleosomas
se hallan unidos entre sí mediante fibras de ADN. Se sigue, entonces, que la
unidad básica de la estructura de la cromatina es el nucleosoma. Un nucleosoma
típico está asociado a 200 pares de bases (pb) de ADN
y está formado por una médula (core en inglés) y un ligador
(o linker). La médula está formada por un octámero constituido por dos
subunidades de las histonas H2A, H2B, H3 y H4. En otras palabras, se trata de un
dímero: 2×(H2A, H2B, H3, H4). Los trabajos de Aaron Klug y
colaboradores[17]
[18]
sobre la disposición de las histonas en la médula del nucleosoma le valieron el
Premio
Nobel de Química en 1982. Alrededor de la médula se enrolla el ADN (140 pb)
dando casi dos vueltas (una vuelta y tres cuartos). El resto del ADN (60 pb)
forma parte del ligador (linker), que interacciona con la histona H1. La
cantidad de ADN asociado con un nucleosoma varía de una especie a otra, de 154
pb a 241 pb; esta variación se debe fundamentalmente a la cantidad de ADN
asociada al ligador (linker).[13]

Las fibras de ADN dúplex desnudo tienen un grosor de 20 Å. La asociación del ADN con las
histonas genera los nucleosomas, que muestran unos 100 Å de diámetro. A su vez,
los nucleosomas se pueden enrollar helicoidalmente para formar un solenoide (una
especie de muelle) que constituye las fibras de cromatina de los núcleos
intefásicos con un diámetro aproximado de 300 Å. Los solenoides pueden volverse
a enrollar para dar lugar a supersolenoides con un diámetro de 4.000 Å a 6.000 Å
que constituirían las fibras de los cromosomas metafásicos.[17]
[19]

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Proteínas
cromosómicas no histónicas: el armazón proteico

Las proteínas cromosómicas no histónicas son proteínas diferentes de las
histonas que se extraen de la cromatina de los núcleos con ClNa 0.35M (solución
salina), tienen un alto contenido en aminoácidos básicos (25% o
más), alto contenido en aminoácidos ácidos (20-30%), una elevada proporción de
prolina (7%), bajo contenido en aminoácidos hidrofóbicos y una alta movilidad
electroforética. Las proteínas cromosómicas no histónicas que se extraen de la
cromatina de los núcleos varían mucho dependiendo de la técnica de aislamiento
empleada. Un grupo de estas proteínas cromosómicas no histónicas presentan alta
movilidad electrofóretica y se denominan abreviadamente HMG (grupo de alta
movilidad).

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Las proteínas HMG

Estas proteínas se agrupan en una superfamilia por sus similitudes físicas y
químicas, y porque todas ellas actúan como elementos arquitectónicos que afectan
múltiples procesos dependientes de ADN en el contexto de la cromatina.
Todas las HMGs tienen un terminal carboxilo rico en aminoácidos
de tipo ácido, y se clasifican en tres familias (HMGA, HMGB y HMGN), cada una
con un motivo funcional único, que induce cambios específicos en sus sitios de
unión y participa en funciones celulares diferentes.[20]

La familia HMGA consta de cuatro miembros, y todos ellos contienen un motivo
funcional característico, denominado "gancho AT" (AT hook). A través de
estas secuencias, las HMGAs se unen preferencialmente a secuencias ricas en AT
de ADN
en forma-B e inducen cambios de conformación que inducen la unión de componentes
adicionales. Las proteínas HMGA tienen una cola C-terminal ácida, que podría ser
importante para la interacción con otras proteínas. Tradicionalmente, este grupo
se denominaba HMG-I/Y.[21]

La familia HMGB consta de tres variantes, cada una de las cuales contiene dos
motivos funcionales (las cajas HMG) y un extremo C-terminal muy ácido. Las cajas
HMG están formadas por tres α-hélices plegadas conjuntamente para formar una
estructura en forma de L, que en parte se introduce en la hendidura menor del ADN,
plegándolo intensamente. Existen ligeras diferencias entre las cajas HMG de las
diferentes HMGB, lo que confiere especificidad a cada una de ellas. Las colas
acídicas modulan la afinidad por una variedad de estructuras de ADN
distorsionado.[20]
Tradicionalmente estas proteínas se denominaban proteínas HMG-1/-2.[21]

La familia de proteínas HMGN se caracteriza por un dominio cargado
positivamente, el dominio de unión a nucleosomas, y por una cola
C-terminal ácida, el dominio de desplegado de la cromatina. Las proteínas HMGN
se unen específicamente a los nucleosomas y alteran tanto la estructura local
como la estructura de nivel superior de la cromatina.[20]
Estas proteínas se conocen tradicionalmente como la subfamilia HMG-14/-17.[21]

Se han detectado más de 20 proteínas HMG; las proteínas HMG-1/-2 (HMGB) y
HMG-14/-17 (HMGA) se han identificado en todas las especies de mamíferos, aves y
peces estudiadas hasta el momento. Las proteínas HMG-1/-2 se encuentran sólo en
el núcleo, están implicadas en la replicación, se unen preferentemente a ADN de
hélice sencilla, desenrollan el ADN dúplex y se estima que existe una molécula
de HMG-1 ó HMG-2 por cada 15 nucleosomas. Las proteínas HMG-14/-17 se encuentran
en el núcleo y en el citoplasma, están relacionadas con la regulación de la
transcripción y se estima que existe una molécula de HMG14 ó HMG-17 por cada 10
nucleosomas.

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El armazón
proteico de los cromosomas

Muchos estudios citogenéticos muestran que el ADN en los cromosomas está
intensamente enrollado cuando se observan al microscopio. El primer nivel de
compactación lineal del ADN es el obtenido por el plegamiento de la fibra del
ADN alrededor de los nucleosomas,[22]
responsable del primer nivel de plegamiento lineal (de 6 a 7 veces). El
siguiente nivel de plegamiento corresponde a la denominada "fibra de 30 nm", que
es lo que se observa en núcleos en interfase. Aunque ha habido mucha
controversia para describir esta estructura,[23]
la fibra de 30 nm se considera normalmente como el enrollamiento helicoidal de
las fibras de nucleosomas, que genera la compactación de otras 6-7 veces. En
mitosis, la fibra de 30 nm debe compactarse otras 200-500 veces hasta alcanzar
el diámetro observado al microscopio para las fibras cromosómicas durante la
división celular (~700 nm).[24]
Por tanto, se han tenido que producir nuevos superenrollamientos. Sin embargo,
la explicación de estos plegamientos de orden superior ha generado gran
controversia.[23]

Laemmli y colaboradores en 1977 consiguieron aislar cromosomas metafásicos
desprovistos de histonas mediante un tratamiento con sulfato de dextrano y
heparina.[25]
Estos cromosomas metafásicos desprovistos de histonas presentan una médula
central densamente teñida que ha sido denominada “scaffold” (armazón). Este
armazón proteico (“scaffold”) es resistente a la acción de la ADNasa, ARNasa y también a
soluciones de ClNa 2M. Sin embargo, desaparece por tratamientos con urea 4M y
dodecil sulfato sódico o por tratamiento con enzimas proteolíticas. Por tanto,
se trata de un armazón proteico.

La observación a microscopía electrónica pone de manifiesto que de este
armazón proteico (“scaffold”) salen y llegan lazos o fibras que pueden hacerse
desaparecer mediante tratamiento con ADNasa. Por tanto, estos lazos o dominios
que arrancan del armazón proteico son lazos de ADN. Uno de los principales
componentes del armazón proteico es la enzima topoisomerasa II α
(topoIIα),[26]
[27]
una enzima que produce cortes en el ADN dúplex a nivel de ambas hélices. La
topoisomerasa II (girasa) interviene durante la replicación del ADN creando o
relajando los superenrollamientos. En mamíferos se encuentran
dos isoformas
de esta enzima (α y ß), con propiedades similares in vitro. Sin embargo,
aunque topoIIα y β se comportan in vivo de forma similar en interfase, en
mitosis tienen
un comportamiento diferente: sólo topoIIα está asociado mayoritariamente a los
cromosomas.[28]
La aparición de la topoisomerasa II α sólo en el armazón proteico sugiere que se
encuentra en la base de los lazos o dominios de ADN, indicando que esta
organización en dominios podría estar relacionada con la replicación y
transcripción. Otras enzimas, como la topoisomerasa I que produce cortes en el
ADN dúplex a nivel de una sola hélice y la HMG-17, se encuentran sólo en los
lazos o dominios y no en el armazón proteico. La evidencia existente hasta el
momento sugiere que las fibras de solenoides (30 nm) formarían los lazos o
dominios que emanan del armazón proteico y que este armazón estaría a su vez
enrollado formando una espiral.[25]

Además de la enzima topoisomerasa II α, el otro componente fundamental
propuesto del armazón proteico es la condensina 13S.[29]
La tinción doble con anticuerpos contra topoIIα y
condensina genera un armazón con aspecto de un "polo de barbero" (un cilindro
con bandas espirales rojas y blancas que simboliza la antigua doble profesión de
los barberos como cirujanos), en la cual alternan "cuentas" enriquecidas en
topoIIα y en condensina. Esta estructura parece estar generada por dos cadenas
yuxtapuestas. Parece ser que el ensamblaje de este armazón proteico tiene lugar
en dos fases, ya que la condensina sólo se asocia en la transición de profase a
metafase durante la mitosis. Sin embargo, el papel
estructural de la topoIIα en la organización de los cromosomas aún se discute,
ya que otros grupos argumentan que esta enzima se intercambia rápidamente tanto
en los brazos cromosómicos como en los cinetocoros durante la mitosis.[30]
[28]

Los dominios de ADN parecen estar unidos al armazón proteico por unas
regiones específicas denominadas abreviadamente SARs (scaffold associated
regions, también denominadas MARS, matrix attachment regions) que se
detectan cuando los cromosomas metafásicos desprovistos de histonas se tratan
con endonucleasas de restricción.[31]
Después de este tratamiento quedan regiones de ADN unidas al armazón que a su
vez resisten la digestión con exonucleasas gracias a que están protegidas por
una proteína. Cuando se digiere esta proteína, las regiones de ADN protegidas
contienen secuencias de varios cientos de pares de bases que son muy ricas en AT
y que presentan sitios de unión para topoisomerasa II e histona H1. Estas regiones de
unión específicas de los dominios al armazón proteico son las regiones SARs. Se
ha sugerido que estas regiones juegan un papel global durante la condensación de
los cromosomas mitóticos y son necesarias para el mantenimiento de la estructura
de los cromosomas.[32]
Las regiones SARs también podrían estar implicadas en la expresión génica, al
facilitar tanto la transición como la expansión de una estructura abierta de la
cromatina.

[editar]
Modelos alternativos
de la estructura cromosómica

Es cada vez más evidente que incluso con los métodos de fijación más
utilizados[28]
se pueden producir cambios significativos en la localización de las proteínas
cromosómicas, y estas dificultades técnicas han estado presentes en la mayor
parte de las preparaciones cromosómicas utilizadas para realizar los estudios
estructurales. Por ello, parece necesario utilizar muestras vivas siempre que
sea posible, así como aproximaciones alternativas que permitan un análisis
complementario.[33]

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La aproximación
biofísica

Un modo alternativo para el análisis estructural de los cromosomas es el biofísico. Las medidas
precisas de la rigidez y la elasticidad de los cromosomas pueden guiar la
construcción de los modelos estructurales. Estudios realizados en diferentes
laboratorios indican que los cromosomas presentan una elasticidad remarcable:
tanto dentro de las células como en tampones
fisiológicos, los cromosomas pueden estirarse hasta varias veces su longitud
normal y volver de nuevo a su longitud original.[34]
Sin embargo, los datos obtenidos por diferentes laboratorios son muy variables,
probablemente debido a la variedad de tampones utilizado por los distintos
grupos. Un estudio de Poirier y Marko en 2002 mostró que la elasticidad de los
cromosomas es muy sensible a nucleasa.[35]
Estos datos sugieren que la integridad mecánica de los cromosomas mitóticos se
mantiene por enlaces entre las fibras cromosómicas, no por la existencia de un
armazón proteico. La naturaleza de estos enlaces no está clara, pero este
estudio estima su frecuencia en 10-20 kb como mínimo.

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Los componentes
bioquímicos de los cromosomas

Un método convencional y muy potente para entender una estructura biológica
consiste en establecer una lista que incluya todos sus componentes. Los estudios
iniciales de la estructura cromosómica se enfrentaron a muchos problemas
técnicos para conseguir aislar bioquímicamente los cromosomas mitóticos de las
células, aunque métodos sofisticados permitieron el aislamiento de los
cromosomas completos y la identificación del armazón proteico.[36]

Un método alternativo consiste en la utilización de extractos libres de
células procedentes de huevos de anfibios. Este sistema permite
la reconstitución in vitro de cromosomas mitóticos a partir de sustratos
simples (por ejemplo, cromatina de esperma) en condiciones
fisiológicas, de manera que los componentes proteicos de las estructuras que se
ensamblan pueden aislarse por centrifugación en un sólo paso y caracterizarse de
forma sistemática.[37]
Además de las histonas centrales y una histona de ligamiento, la fracción así
aislada contiene topoIIα (CAP-B en ese estudio), un complejo de cinco
subunidades denominado condensina (CAP-C, -E,
-D2, -G y -H),[37]
[38]
cromokinesina (CAP-D/Klp1[39]
) y la ATPasa
remodeladora de cromatina ISWI[39]
(CAP-F). Una de las conclusiones más importantes de estos estudios es que las ATPasas son
componentes importantes de los cromosomas. La energía de hidrólisis del ATP es utilizada en muchos
casos para inducir cambios locales o globales en los cromosomas, mientras que en
otros casos sirve para soportar el movimiento de los cromosomas anclados a los
microtúbulos.

Una observación sorprendente fue la identificación de la proteína
titina como uno de los componentes de los cromosomas en embriones de
Drosophila.[40]
La titina es una proteína filamentosa gigante (~3 MDa) que funciona como un
componente integral del filamento grueso en el sarcómero de las células musculares. Se ha
propuesto que, en analogía con su función muscular, la isoforma de la titina que se
encuentra en los cromosomas puede funcionar por un lado como una "regla
molecular" que determina la longitud cromosómica, y por otro como un "muelle
molecular" que proporciona elasticidad a los cromosomas.[41]

[editar]
El ARN

El ARN parece jugar algún papel en el
plegamiento del cromosoma eucariótico. Al menos en humanos y en
Drosophila se han encontrado evidencias de este papel estructural del
ARN.[42]
Sin embargo, hay que tener en cuenta que el armazón proteico descrito por
Laemmli y colaboradores (1977) no se ve afectado por el tratamiento con ARNasa.
Podría ser que las propias proteínas del armazón protegieran al ARN de la acción
de la ARNasa. En cualquier caso, es conveniente recordar que el ADN del
cromosoma bacteriano también está organizado en dominios y que el ARN podría
jugar algún papel en el mantenimiento de dicha estructura. En organismos con
características intermedias entre las de procariontes y eucariontes como los
dinoflagelados, también existen datos que apoyan el papel estructural del ARN en
la organización cromosómica.

[editar]
Tipos de cromatina

La cromatina (la sustancia que compone los núcleos de las células y que
resulta de la interacción del ADN con las proteínas histónicas, no histónicas y
ARN) puede presentar distintos grados de empaquetamiento o contracción. Cuando
los cromosomas se tiñen con sustancias químicas que se unen al ADN aparecen
regiones densamente teñidas y regiones menos densamente teñidas. La cromatina
mayoritaria, la que constituye la mayor parte del núcleo recibe el nombre de
eucromatina y la minoritaria el de heterocromatina. Mientras que
la eucromatina representa la fracción que contiene la mayor parte de los genes
activos, la heterocromatina interviene en varios procesos nucleares, como la
función centromérica, el silenciamiento de genes y la organización nuclear.

La heterocromatina puede aparecer más densamente teñida que la eucromatina
(heteropicnosis positiva) o menos densamente teñida que la eucromatina
(heteropicnosis negativa). La aplicación de determinados tratamientos
experimentales en combinación con diferentes tipos de tinción de los cromosomas,
puede producir la aparición de zonas heterocromáticas en los cromosomas de
muchas especies. Estas zonas heterocromáticas presentan una distribución
característica o patrón de bandas típico de cada cromosoma, que permite
identificar cromosomas distintos. Estas técnicas reciben el nombre de "técnicas
de bandeo cromosómico" y son enormemente útiles en la identificación
individual de los cromosomas y en la construcción de cariotipos.

[editar]
Diferencias entre eucromatina
y heterocromatina

Diferencias genéticas: los experimentos de construcción de mapas
demuestran que la mayor parte de los genes activos se localizan en la
eucromatina. En los núcleos interfásicos, la eucromatina se tiñe menos
densamente debido al menor grado de empaquetamiento, y en general se acepta
que este es el estado más compatible con la actividad génica y la
transcripción. La heterocromatina se encuentra en muchos organismos
flanqueando las regiones centroméricas,
algunas veces también se encuentra en regiones teloméricas, y en
algunos casos se ha observado la existencia de cromosomas completos
heterocromáticos (por ejemplo, el cromosoma Y de Drosophila
melanogaster). Se han detectado muy pocos genes activos en la
heterocromatina.[43] Por ejemplo, en Drosophila
existen mutaciones letales en genes que se localizan en regiones
heterocromáticas; por tanto estos genes deben poseer alguna actividad. En
cualquier caso, el porcentaje de genes activos localizados en regiones
heterocromáticas es muy bajo, comparado con el de genes activos situados en la
eucromatina. La principal diferencia entre la eucromatina y la heterocromatina
radica por tanto en la actividad de estos dos tipos de cromatina. Estudios
tempranos de la heterocromatina condujeron al descubrimiento del fenómeno
conocido como "variegación por efecto de la posición" (PEV, por sus siglas en
inglés),[44] en el cual si un gen eucromático se
coloca cerca o dentro de una región heterocromática, deviene silenciado de
forma epigenética. Este proceso
tiene importantes implicaciones en la regulación génica, el envejecimiento y
la progresión tumoral.

Diferencias citológicas: a nivel estructural, en los núcleos
interfásicos, existe un mayor grado de enrollamiento o empaquetamiento en la
heterocromatina que en la eucromatina.[45] Esto se demuestra porque la
heterocromatina presenta una sensibilidad reducida al tratamiento con nucleasas, lo cual refleja un
posicionamiento de los nucleosomas a intervalos cortos y regulares.

Diferencias bioquímicas: la heterocromatina presenta modificaciones
características en las histonas, como un alto grado
de metilación en la lisina 9 de la
histona H3 (H3K9) y en la lisina 27 (H3K27), combinado con una carencia de acetilación.
La heterocromatina también se caracteriza por la presencia de la proteína
HP1 (heterochromatin protein 1). Además, la heterocromatina de
vertebrados y plantas presenta un elevado grado de metilación en las islas CpG
(regiones genómicas ricas en dinucleótidos C+G).[46] La metilación de H3K9 conlleva el
reclutamiento de más enzimas que transfieren grupos metilo a las histonas
(HMTs, histone methyltransferases), mediado por HP1. Se han descrito
dos rutas diferentes para llevar a cabo este proceso. Una de estas rutas
utiliza ARN
interferente,[47] mientras que la segunda utiliza
proteínas de unión a ADN que reconocen secuencias específicas para dirigir las
HMTs.[47]

Alociclia: la heterocromatina sigue un ciclo de condensación y
descondensación distinto a la eucromatina. La heterocromatina puede aparecer
más intensamente teñida que la eucromatina o menos intensamente teñida
dependiendo del estado celular (alociclia). La alociclia a su vez está
relacionada con la replicación del ADN. La heterocromatina se replica más
tarde que la eucromatina.

[editar]
Tipos de
heterocromatina

Se pueden distinguir dos clases de heterocromatina:

Heterocromatina constitutiva: cromatina que aparece siempre más
intensamente teñida que la eucromatina (heteropicnosis positiva), o menos
intensamente teñida que la eucromatina (heteropicnosis negativa),
independientemente del estado de desarrollo o fisiológico. HP1 es esencial
para la formación de la heterocromatina constitutiva, que se caracteriza por
la presencia de H3K9-trimetilada, mediada por las HMTs denominadas Suv39h1 y
Suv39h2.[48] En este grupo se incluyen el ADN
satélite de las regiones centroméricas y la cromatina de los telómeros.

Heterocromatina facultativa: cromatina que aparece más intensamente
teñida que la eucromatina, o menos intensamente teñida que la eucromatina
dependiendo del estado fisiológico o del momento de desarrollo. El cromosoma
X, en algunas especies animales, como el saltamontes Schistocerca
gregaria, aparece más intensamente teñido que el resto de los
cromosomas durante la diplotena de la profase I de meiosis. La heterocromatina
facultativa se genera de manera diferente a la constitutiva, posiblemente
mediada por HMTs diferentes (como G9a, ESET/SETDB1 y/o ErHMTasa1), y parece
ser que presenta sobre todo H3K9-mono y dimetilada.[46]

En la especie humana, todos los cromosomas X que están en exceso de
uno aparecen más intensamente teñido que el resto de los cromosomas
(heteropicnosis positiva) en los núcleos de células en interfase. Por
tanto, las mujeres normales que tienen dos cromosomas X, tienen un cromosoma X
que aparece más intensamente teñido y que está inactivado. Sin embargo, durante
las primeras etapas del desarrollo embrionario (durante los 16 primeros días de
gestación en la especie humana) ambos cromosomas X son activos.

En algunas especies eucariontes, el ADN satélite o ADN minoritario que
presenta un contenido en G+C distinto al ADN principal o mayoritario, está
constituido por unas secuencias cortas de ADN que están repetidas millones de
veces. En concreto en ratón se ha demostrado que el ADN
satélite está localizado en la zona centrómerica. Este ADN satélite
constituye un ejemplo de heterocromatina constitutiva cuya presencia y acción es
constante en el cromosoma.[49]
[50]

[editar]
Elementos
diferenciados en la estructura cromosómica

La organización de la cromatina no es uniforme a lo largo de la estructura
del cromosoma. De hecho, se pueden distinguir una serie de elementos
diferenciados: los centrómeros (o
constricciones primarias), los telómeros (o extremos
cromosómicos), las regiones
organizadoras del nucléolo (NORs según la abreviatura en inglés) y los cromómeros,
todos ellos caracterizados por contener secuencias específicas de ADN.[1]

[editar]
Centrómeros

Artículo principal: Centrómero

El centrómero es la constricción primaria que, utilizando tinciones
tradicionales, aparece menos teñida que el resto del cromosoma. Es la zona por
la que el cromosoma interacciona con las fibras del huso acromático desde
profase hasta anafase, tanto en mitosis como en meiosis, y es responsable de
realizar y regular los movimientos cromosómicos que tienen lugar durante estas
fases. Las estructuras centroméricas que interaccionan con las fibras del huso
se denominan cinetocoros. Además, el
centrómero contribuye a la nucleación de la cohesión de las cromátidas hermanas. En la
estructura del centrómero intervienen tanto el ADN centromérico, que consta
fundamentalmente de heterocromatina constitutiva, como proteínas
centroméricas.

En la levadura de gemación (Saccharomyces
cerevisiae) el ADN centromérico consta únicamente de 125 pb y está
conservado entre los diferentes cromosomas.[51]
Sin embargo, el ADN centromérico en metazoos puede constar de
megabases, y no contiene secuencias consenso fácilmente identificables (ver la
revisión de Choo en 1997[52]
). A pesar de las diferencias entre el ADN centromérico de levaduras y metazoos,
el cinetocoro se ensambla en
ambos casos sobre nucleosomas centroméricos que contienen una forma
especializada de histona H3 (Cse4p en
levaduras[53]
o su homólogo CENP-A en metazoos).

[editar]
Telómeros

Artículo principal: Telómero

Cromosomas humanos (en gris) y sus telómeros (en
blanco).

La palabra telómero procede del griego telos, "final" y meros,
"parte". Los telómeros son los extremos de los cromosomas. Son regiones
de ADN no codificante, altamente
repetitivas, cuya función principal es la estabilidad estructural de los
cromosomas en las células eucariotas, la división
celular y el tiempo de vida de las estirpes celulares. Además están involucradas
en enfermedades tan importantes como el cáncer. En los organismos
procariotes, los cromosomas son circulares y no poseen telómeros.[54]

Los telómeros fueron descubiertos por Hermann Joseph
Muller durante la década de los años 30. Desde entonces, se ha avanzado
mucho en el conocimiento de los telómeros, gracias a las técnicas de la genética
molecular.

Algunas secuencias conocidas de telómeros

Grupo

Organismo

Secuencia del telómero (Dirección 5'a 3' hasta el fin)

Vertebrados

Humanos, ratón, Xenopus

TTAGGG

Hongos filamentosos

Neurospora
crassa

TTAGGG

Mohos del
fango

Physarum, Didymium
Dictyostelium

TTAGGG
AG(1-8)

Protozoos
cinetoplástidos

Trypanosoma, Crithidia

TTAGGG

Protozoos ciliados

Tetrahymena, Glaucoma
Paramecium
Oxytricha,
Stylonychia, Euplotes

TTGGGG
TTGGG(T/G)
TTTTGGGG

Protozoos apicomplexa

Plasmodium

TTAGGG(T/C)

Plantas superiores

Arabidopsis
thaliana

TTTAGGG

Algas
verdes

Chlamydomonas

TTTTAGGG

Insectos

Bombyx mori

TTAGG

Ascáridos

Ascaris
lumbricoides

TTAGGC

Levaduras aisladas

Schizosaccharomyces
pombe

TTAC (A)(C) G(1-8)

Levaduras agregadas

Saccharomyces
cerevisiae

Candida
glabrata
Candida
albicans
Candida
tropicalis
Candida
maltosa
Candida
guillermondii
Candida
pseudotropicalis
Kluyveromyces
lactis

TGTGGGTGTGGTG (de copias de ARN)

or G(2-3)(TG)(1-6)T
(consenso)
GGGGTCTGGGTGCTG
GGTGTACGGATGTCTAACTTCTT
GGTGTA[C/A]GGATGTCACGATCATT
GGTGTACGGATGCAGACTCGCTT
GGTGTAC
GGTGTACGGATTTGATTAGTTATGT
GGTGTACGGATTTGATTAGGTATGT

[editar]
Regiones
organizadoras del nucléolo

Además de las constricciones primarias, en algunos cromosomas se puede
distinguir otro tipo de "adelgazamiento" denominada constricción
secundaria, las que se hallan relacionadas normalmente con la presencia de
las secuencias de ADN ribosómico. Tales
regiones se denominan "regiones
organizadoras del nucléolo" (o, sencillamente, "NORs" por el acrónimo en
inglés para nucleolus organizer regions). Las secuencias de ADN
ribosómico quedan englobadas dentro del nucléolo, que permanece
adosado a las NORs durante buena parte del ciclo celular.[1]
Los cromosomas con NOR en muchos casos presentan un segmento que une a esta
región con el telómero, el cual se denomina satélite o
trabante.[55]

[editar]
Cromómeros

Artículo principal: Cromómero

Los cromómeros son "engrosamientos" o regiones más compactadas de la
eucromatina, que se distribuyen de manera más o menos uniforme a lo largo de los
cromosomas y se pueden visualizar durante las fases de la mitosis o de la
meiosis de menor condensación de la cromatina (profase). Su naturaleza molecular
sigue siendo controvertida, pero podrían ser consecuencia de un cierto grado de
compartimentalización en la distribución de las secuencias de ADN y en la
organización de los cromosomas. Desde hace varios años, el grupo de Giorgio
Bernardi en Italia, sostiene que hay una distribución compartimentalizada de
secuencias relativamente grandes de ADN (llamadas "isócoras") en el genoma de
los vertebrados de sangre
caliente, de modo tal que cada isócora tiene un contenido en bases (porcentaje
de C+G) relativamente homogéneo pero diferente al de las demás.[56]
[57]
[58]
[59]
Después de publicado el primer borrador del "Proyecto Genoma
Humano", parece confirmarse la existencia de cinco isócoras en el genoma de
los humanos, dos de ellas ricas en A y T, y tres ricas en G y C. La distribución
alternante de ambos tipos de isócoras podría ser la explicación molecular de la
existencia de cromómeros.[60]
[61]

[editar]
Estructura
externa de los cromosomas: número, forma y tamaño

El estudio de la estructura externa de los cromosomas de cualquier especie
eucariótica consiste en analizar la forma, tamaño y número de los cromosomas que
posee. El mejor momento para llevar a cabo dicho estudio suele ser aquel en el
que los cromosomas han alcanzado su máximo grado de contracción y tienen sus
bordes perfectamente definidos. Dicho momento suele ser la metafase mitótica. El estudio
de la estructura externa de los cromosomas culmina con la obtención del cariotipo.[2]
Los cromosomas se pueden estudiar en distintos momentos según la especie y
dependiendo de los objetivos planteados. Algunas especies tienen cromosomas que
se pueden observar con gran detalle en interfase, tal es el caso de
Drosophila melanogaster, que posee cromosomas
politénicos gigantes que se observan en las glándulas salivales de dicho
insecto, y el de Chironomus
tentans, otro díptero. El cariotipo se confecciona usualmente después de
un apropiado pre-tratamiento y tinción de las células, para hacer más visibles
los cromosomas individuales. Al diagrama simplificado de los cromosomas
metafásicos del cariotipo se lo denomina idiograma,
que se construye con el número
genómico. Para realizar el ordenamiento de los cromosomas tanto en
cariotipos como idiogramas se debe tener en cuenta el tamaño cromosómico
(ubicados de mayor a menor, con el brazo corto “bc” o "p" hacia arriba y el
brazo largo “bl” o "q" hacia abajo); posición del centrómero (generalmente
alineados) y presencia de constricciones secundarias y satélites.[2]

[editar]
Constancia
del número de cromosomas

Números de cromosomas en
diferentes
especies

Especie

Número de
cromosomas

Hormiga Myrmecia
pilosula, macho

1

Hormiga Myrmecia
pilosula, hembra

2

Mosca de la
fruta (Drosophila melanogaster)

8

Centeno (Secale
cereale)

14

Caracol (Helix)

24

Gato (Felis silvestris
catus)

38

Cerdo (Sus scrofa)

40

Ratón
(Mus musculus)

40

Trigo (Triticum
aestivum)

42

Rata (Rattus
rattus)

42

Conejo (Oryctolagus
cuniculus)

44

Liebre
(Lepus europaeus)

46

Humano (Homo sapiens
sapiens)

46

Chimpancé (Pan
troglodytes)

48

Patata, Papa (Solanum
tuberosum)

48

Oveja (Ovis aries)

54

Vaca (Bos taurus)

60

Asno (Equus asinus)

62

Mula
(Equus asinus)

63 (estéril)

Caballo (Equus
caballus)

64

Camello ( Camelus
bactrianus)

74

Llama
(Lama glama)

74

Perro (Canis lupus
familiaris)

78

Gallina (Gallus
gallus)

78

Paloma Columbia
livia

80

Pez Carassius
auratus

94

Mariposa

~380

Helecho Ophioglussum
reticulatum

1260

Protozoario Aulacantha
scolymantha

1600

Usualmente las especies animales y vegetales tienen un número de cromosomas
constante y determinado que constituyen su cariotipo (ley de la
constancia numérica de los cromosomas), aunque existen especies con una alta
variabilidad cariotípica, no sólo en número sino en forma y tamaño de los
cromosomas.

El protozoario
Aulacantha, con 1600 cromosomas en sus células, es la especie con el
mayor número de cromosomas.[62]

El número de cromosomas de una especie (o fase vital) diploide se identifica
como 2n mientras que ese número en una especie (o fase vital) haploide se
identifica con la letra n. En aquellas especies que presentan un número
repetido de cromosomas superior a dos complementos se habla de poliploidía,
representándose el múltiplo por delante de la letra n. Así: 3n
indicaría un complemento cromosómico triploide, 4n un tetraploide, etc.
Todas estas son situaciones de euploidía. Con la
indicación x se quiere expresar el número básico de cromosomas de una
especie que presenta individuos con diversos grados de ploidía o el de
una línea filogenética a partir de la cual diversos taxones han alcanzado
situaciones aneuploides variadas, siendo en este caso el número cromosómico una
variación del número original con aumento o disminución del número básico, por
pérdida, fusión o división de cromosomas (p. ej., n+1 o n-1). Un ejemplo de esta
situación anormal la tenemos en los individuos de la especie humana que
presentan el llamado síndrome de Down,
situación de aneuploidía (2n=47) por
la presencia de un ejemplar más de lo habitual del cromosoma 21 (trisomía).

El número de cromosomas 2n varía mucho de unas especies a otras y no existe
relación entre el número de cromosomas y la complejidad de los mismos: existen
especies vegetales con pocos cromosomas como Haplopappus
gracilis (2n=4), Crepis capillaris
(2n=6) y Secale cereale
(2n=14) , especies vegetales con bastantes cromosomas como Triticum aestivum
(2n=42) y especies vegetales con muchos cromosomas como Ophioglossum
petiolatum (n >500). En animales sucede algo semejante, hay especies
con pocos cromosomas como la hormiga australiana Myrmecia pilosula
cuyos machos tienen un cromosoma (2n=1) y las hembras dos cromosomas (2n=2),
especies con bastantes cromosomas como la humana Homo sapiens (2n=46) y
especies con muchos cromosomas como el lepidóptero Lysandra
atlantica (2n=434-466). No existe ninguna relación entre el número de
cromosomas 2n y la complejidad evolutiva, ni entre el número de cromosomas y la
cantidad de ADN. Un ejemplo claro de esta situación es el de los ciervos del
género Muntiacus en el que hay
especies muy similares (denominadas especies gemelas) una
con 2n=6 (M. muntjak) y otra con 2n=46 (M. reevesi).[63]
[64]

[editar]
Cromosomas sexuales

En muchos organismos, uno de los pares de los cromosomas homólogos es
distinto al resto, realizando la determinación del sexo del individuo. A estos
cromosomas se les llama cromosomas sexuales o heterocromosomas e incluso
gonosomas, porque determinan el sexo.

Sistema de determinación XY: es propio del ser humano y muchos
otros animales. Las hembras, siendo XX, darán gametos iguales
con cromosoma X, sexo
homogamético y los machos, siendo XY, darán dos tipos de gametos, uno con el
cromosoma X y otro con el cromosoma Y. La
probabilidad de que en la fecundación, al unirse
los gametos, resulte una combinación XX (hembra) o XY (macho) es
aproximadamente del 50%.

Sistema de determinación ZW: en otras especies (mariposas, p.e.)
ocurre lo contrario, el sexo masculino es homogamético (ZZ) y el femenino
heterogamético (ZW).

Sistema de determinación XO: otras especies (peces, insectos,
anfibios) que no tienen el cromosoma Y, determinándose el sexo por el número
de cromosomas X, macho XO y hembra XX.

[editar]
Forma de los
cromosomas

El cromosoma humano 19 es metacéntrico.

El cromosoma humano 14 es acrocéntrico.

Cariotipo espectral, el cariograma se obtiene luego de la
identificación y clasifciación de los cromosomas. El cariotipo que se muestra
corresponde a un individuo de sexo femenino ya que se observan dos cromosomas
X.

La forma de los cromosomas es para todas las células somáticas constante y
característica de cada especie. La forma depende fundamentalmente de las
constricciones que presente el cromosoma y de su localización en la
cromátida.

El cromosoma se encuentra constituido básicamente por el centrómero que
divide el cromosoma en un brazo corto o brazo p y un brazo largo o brazo q.
Algunos cromosomas presentan satélites en el brazo corto.

Según la posición del centrómero, los cromosomas se clasifican en:

Metacéntricos

El centrómero se localiza a mitad del cromosoma y los dos brazos presentan
igual longitud.

Submetacéntricos

La longitud de un brazo del cromosoma es algo mayor que la del otro.

Acrocéntricos

Un brazo es muy corto (p) y el otro largo (q).

Telocéntricos

Sólo se aprecia un brazo del cromosoma al estar el centrómero en el
extremo.

El par de gonosomas o sexocromosomas se constituyen por X (submetacéntrico
mediano) y Y considerado acrocéntrico sin satélites, aunque en algunas
revisiones de la literatura se le refiere como submetacéntrico.

[editar]
Tamaño
cromosómico

Los cromosomas sufren grandes variaciones en su tamaño a lo largo del ciclo
celular, pasando de estar muy poco compactados (interfase) a
estar muy compactados (metafase), por tal motivo, los
estudios sobre el tamaño suelen realizarse en metafase mitótica. Además, es
necesario tener en cuenta que los tratamientos para teñir los cromosomas y para
obtener las metafases mitóticas influyen de manera muy importante en el tamaño
de los cromosomas. En cualquier caso, en general es posible decir que hay
especies eucarióticas con cromosomas grandes y especies con cromosomas pequeños.
Las monocotiledóneas
(vegetales) y los anfibios y ortópteros
(animales) poseen cromosomas muy largos (de 10 a 20 micras). Las dicotiledóneas, las algas, los hongos y la mayoría
de las especies animales poseen cromosomas pequeños (longitud inferior a 5
micras). Naturalmente, existen algunas excepciones en los ejemplos citados. El
cromosoma 1 humano tiene 0,235 pg de ADN, que equivalen a una longitud total de
ADN doble hélice de 7,3 cm y en metafase mitótica presenta una longitud
aproximada de 0,001 cm.

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Bandeo
cromosómico

En algunas especies los pares cromosómicos no pueden diferenciarse claramente
considerando sólo sus componentes distintivos en sentido longitudinal; en estos
casos se debe recurrir a técnicas citológicas especiales para la tinción de los
cromosomas, que evidencian "bandas" transversales (oscuras y claras) a lo largo
de los mismos, y que corresponden a los distintos tipos de cromatina. En una
especie dada, estas variantes de la cromatina presentan un tamaño y disposición
constante. Las técnicas de bandeo cromosómico más usadas son:

Bandeo C : es relativamente sencilla, y se basa en el uso del
colorante Giemsa que tiñe regiones con
heterocromatina constitutiva, que en vegetales se halla localizada
principalmente en regiones teloméricas, mientras que en animales, se encuentra
en regiones centroméricas.

Bandeos G, R, Q : son técnicas basadas en tratamientos enzimáticos
que ponen de manifiesto distintos patrones de bandas de la eucromatina a lo
largo del cromosoma. El material se tiñe con colorante Giemsa (G, R) ó
colorantes fluorescentes, como la quinacrina
(Q). Son las bandas más estudiadas en animales y en el hombre. En los
vegetales son muy difíciles de obtener por el alto grado de empaquetamiento de
los cromosomas metafásicos.

Bandeo NOR : permite identificar cromatina con secuencias
medianamente repetidas de ADNr, asociada a las regiones NOR del cromosoma. El
número total y localización de las regiones NOR es variable, por lo cual, como
ya se expresó, además de su importancia funcional tiene valor cariotípico.[2]

[editar]
Los cromosomas
humanos

Artículo principal: Genoma humano

El ser
humano presenta 23 pares de cromosomas en sus células somáticas: 22 autosomas y un
par de cromosomas sexuales (dos X en el caso de las mujeres
y un cromosoma X y un Y en el caso de los
varones). El tamaño total aproximado aproximado del genoma humano es de 3200
millones de pares de bases de ADN
(3200 Mb) que contienen
unos 20.000-25.000 genes.[65]
De las 3200 Mb unas 2950 Mb corresponden a eucromatina y unas 250 Mb a
heterocromatina. El Proyecto Genoma
Humano produjo una secuencia de referencia del genoma humano eucromático,
usado en todo el mundo en las ciencias biomédicas.

La secuencia de ADN que conforma el genoma humano contiene codificada la
información necesaria para la expresión, altamente coordinada y adaptable al
ambiente, del proteoma humano, es decir, del
conjunto de proteínas del ser humano.
El genoma humano presenta una densidad de genes muy inferior a la que
inicialmente se había predicho, con sólo en torno al 1,5%[66]
de su longitud compuesta por exones codificantes de proteínas.
Un 70% está compuesto por ADN extragénico y un 30 % por secuencias
relacionadas con genes. Del total de ADN extragénico, aproximadamente un 70%
corresponde a repeticiones dispersas, de manera que, más o menos, la mitad del
genoma humano corresponde a secuencias repetitivas de ADN. Por su parte, del
total de ADN relacionado con genes se estima que el 95% corresponde a ADN no
codificante: pseudogenes,
fragmentos de genes, intrones, secuencias UTR, entre otras.

En la siguiente tabla se listan los cromosomas humanos, el número de genes
que presenta cada uno, su tamaño en pares de bases y su morfología.

Cromosoma

Genes

Bases

Forma†

1

4.222

247.199.719[67]

metacéntrico, grande.

2

2.613

242.751.149[68]

submetacéntrico, grande.

3

1.859

199.446.827[69]

metacéntrico, grande.

4

451

191.263.063[70]

submetacéntrico, grande.

5

617

180.837.866[71]

submetacéntrico, grande.

6

2.280

170.896.993[72]

submetacéntrico, mediano.

7

2.758

158.821.424[73]

submetacéntrico, mediano.

8

1.288

146.274.826[74]

submetacéntrico, mediano.

9

1.924

140.442.298[75]

submetacéntrico, mediano.

10

1.793

131.624.737[76]

submetacéntrico, mediano.

11

449

131.130.853[77]

submetacéntrico, mediano.

12

1562

132.289.534[78]

submetacéntrico, mediano.

13

924

114.127.980[79]

acrocéntrico, mediano, con satélite en su brazo corto.

14

1.803

106.360.585[80]

acrocéntrico, mediano, con satélite en sus brazo corto.

15

1122

100.114.055[81]

acrocéntrico, mediano, con satélite en sus brazo corto.

16

1098

88.822.254[82]

submetacéntrico, pequeño.

17

1576

78.654.742[83]

submetacéntrico, pequeño.

18

766

76.117.153[84]

submetacéntrico, pequeño.

19

1859

63.806.651[85]

metacéntrico, pequeño.

20

1012

62.436.224[86]

metacéntrico, pequeño.

21

582

46.944.323[87]

acrocéntrico, pequeño.

22

1816

49.528.953[88]

acrocéntrico, pequeño.

Cromosoma X

1850

154.913.754[89]

acrocéntrico, pequeño.

Cromosoma Y

454

57.741.652[90]

submetacéntrico, pequeño.

[editar]
Técnica de
estudio

Es posible visualizar los cromosomas por medio de la microscopía
de luz y de tinciones especiales. El proceso para obtener el material
cromosómico se realiza en diversos pasos, que incluyen la obtención de una
muestra viva, la siembra e incubación de la misma y la posterior tinción y
lectura.[a]

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Tipos especiales de
cromosomas

Existen algunos tipos de cromosomas presentes sólo en algunos tipos celulares
o en poblaciones concretas de una especie. Entre ellos, destacan
los cromosomas
politénicos, en escobilla, cromosomas B e isocromosomas.

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Cromosomas
politénicos

Artículo principal: Cromosoma
politénico

Cromosoma politénico de una glándula
salival.

Cromosoma politénicos de Drosophila
melanogaster. La imagen fue obtenida mediante contraste de fase. El
cromocentro se halla en el ángulo superior derecho. La flecha señala el
extremo del cromosoma X. La imagen
ampliada (B) muestra las bandas y las interbandas con mayor
detalle.

Las células de las glándulas salivares de los insectos del orden
de los Dípteros presentan núcleos que se
hallan en una interfase permanente. Durante el crecimiento y desarrollo de las
larvas de estos insectos, la división celular se detiene en algunos tejidos pero
las células continúan su crecimiento por incremento de volumen. Este proceso
ocurre, por ejemplo, en los tubos de Malpighi, en
las células nutricias de los ovarios, en el epitelio
intestinal y en las células de las glándulas salivares. En las células de
tejidos mencionados, los cromosomas sufren rondas repetidas de duplicaciones
pero sin separarse, proceso conocido como endomitosis. Esto lleva a la
producción de cromosomas constituidos por varios cientos o aún miles de hebras.
Durante este proceso de politenización o politenia,
los cromosomas incrementan tanto su longitud como su diámetro. De hecho, la
longitud de los cromosomas de Drosophila en una metafase es del orden de
7,5 μm mientras que el largo total de los cromosomas en un núcleo de las
glándulas salivares es de alrededor de 2.000 μm.[55]
[91]

Además del cambio en el tamaño, los cromosomas politénicos presentan otras
dos características. En primer lugar, los cromosomas homólogos están asociados
entre sí en toda su extensión. Esta condición, denominada apareamiento
somático es propia de la mitosis de la mayoría de los Dípteros.[92]
La otra característica peculiar es que los cromosomas muestran un patrón
particular de bandeo transversal que consiste en zonas más oscuras, llamadas
bandas, que alternan con zonas claras, llamadas interbandas.
Cuando se observan al microscopio óptico se identifican como bandas oscuras y
claras transversales alternantes.[93]
Aunque la mayoría de las bandas son continuas a través del cromosoma, otras
aparecen como una serie de puntos. Éste bandeo es reproducible de núcleo a
núcleo, formando un patrón constante de tal manera que los cromosomas pueden ser
identificados y mapeados en toda su longitud. Hay aproximadamente 5000 bandas y
5000 interbandas en total en el genoma de Drosophila melanogaster. Debido
a que el patrón de bandeo que presentan los cromosomas politénicos es un reflejo
constante de las secuencias de ADN, las bandas sirven como marcadores para
localizar varias características genéticas (lugar de los genes, o cambios en el
genoma debido a reordenamientos cromosómicos, por ejemplo deleciones,
duplicaciones de bandas y translocaciones)[94]
[95]
y se han utilizado en diversos estudios genéticos y evolutivos.[96]
[97]
[98]
[99]
[100]

En D.
melanogaster el patrón de bandeo no se distingue en aquellas regiones
heterocromáticas presentes en región centromérica de todos sus cromosomas (n=4).
Las regiones heterocromáticas están asociadas formando un cromocentro. Ya
que dos miembros del complemento haploide de esta especie son metacéntricos (los
cromosomas II y III) y dos son acrocéntricos (cromosoma sexual X o Y y el
cromosoma IV), los cromosomas politénicos en esta especie aparecen como cinco
brazos desiguales que irradian del cromocentro: un brazo correspondiente al
cromosoma X, los dos brazos del cromosoma II y los dos brazos del cromosoma III
(3L y 3R). En algunos casos se puede visualizar un sexto brazo muy pequeño que
representa el cromosoma IV.[55]

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Cromosomas en
escobilla

Artículo principal: Cromosomas en
escobilla

Cromosoma en escobilla de un ovocito de tritón.[101]

Los cromosomas en escobilla (también llamados cromosomas plumosos),
observados por primera vez por Walther Flemming en
1882 en oocitos de salamandra (Ambystoma
mexicanum),[5]
son uno de los tipos de cromosomas más grandes y se hallan en los oocitos de la
mayoría de los animales, exceptuando a los mamíferos. Se hallan durante el
estadio de la meiosis I denominado diploteno.
Luego de este relativamente largo período de la meiosis I, los cromosomas en
escobilla vuelven a compactarse durante el período de metafase I. Son estructuras
transitorias, específicamente bivalentes
(es decir, dos cromosomas apareados cada uno de los cuales está formado por dos
cromátidas hermanas). Cada uno de los dos cromosomas está constituido por dos
largas hebras que forman muchos "rulos" o "bucles", a la manera de un cepillo o
escobilla, a lo largo del eje mayor del cromosoma. Esos "rulos" permiten que el
ADN se halle disponible para el proceso de transcripción durante la maduración
del ovocito.[102] [103] De hecho, la presencia de cromosomas
en escobilla en una célula es indicador de que está ocurriendo la transcripción
del ARN mensajero.[104] [105] [106] El nombre de "cromosomas en escobilla"
("lampbrush chromosome") fue acuñado por J. Rückert en 1892,[107] quien asimiló la forma de estos
cromosomas a un cepillo del siglo XIX, bastante equivalente a o que actualmente
se denomina "limpiatubos".[104]

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Cromosomas B

Artículo principal: Cromosomas B

La mayoría de los organismos son habitualmente muy poco tolerantes a la
adición o pérdida de material cromosómico, incluso en cantidades ínfimas. Así,
alteraciones cromosómicas como las deleciones, duplicaciones y aneuploidías (el exceso
o defecto respecto al número cromosómico normal en una especie dada) provocan en el
individuo afectado desde malformaciones hasta inviabilidad en diferentes niveles
del desarrollo. Sin embargo, una excepción a este hecho en muchas especies
animales y vegetales consiste en la existencia de cromosomas supernumerarios o
cromosomas B. La distinción entre cromosomas B y los del complemento normal
(cromosomas A) fue realizada por primera vez por Randolph en 1928.[108] En general, los cromosomas accesorios
presentan las siguientes características:[109]

no son indispensables para la vida normal de sus portadores;

no son homólogos de ninguno de los cromosomas A, de los que probablemente
proceden;

por lo general tienen sistemas de herencia irregulares y no mendelianos;

morfológicamente, suelen ser más pequeños que los cromosomas del
complemento normal, heterocromáticos y
alocíclicos;

en cuanto a su distribución, los cromosomas B varían en frecuencia

dentro de poblaciones de la misma especie (por ejemplo, en el
saltamontes Myrmeleotettix maculatus sólo se han encontrado
cromosomas B en la parte sur de Gran Bretaña, no apareciendo ni en otras
poblaciones del país ni en las poblaciones de países continentales
adyacentes como Francia o Bélgica[110] );

dentro de individuos de la misma población;

dentro de células del mismo organismo (por ejemplo, en Aegilops
mutica y Aegilops speltoides los Bs sólo están presentes en
varias partes aéreas de las plantas, como hipocotilos y ápices, y
no en las raíces;[111]

en general carecen de genes mayores,[112] no tienen efectos cualitativos sobre
el fenotipo[110] y son dañinos para los individuos
que los portan en número elevado.[109]

Sin embargo, el término "cromosoma B" integra un conjunto heterogéneo de
cromosomas, que varían tanto en su comportamiento como en su forma y tamaño, por
lo que las generalizaciones deben realizarse con precaución.

[editar]
Isocromosomas

Artículo principal: Isocromosoma

Un isocromosoma es un
cromosoma metacéntrico anormal originado durante la meiosis o mitosis cuando la
división del centrómero se produce según el plano horizontal en vez de vertical.
Como consecuencia, uno de los brazos del cromosoma original se pierde y los
brazos del isocromosoma resultante son genéticamente idénticos entre sí pero en
sentido inverso.[2]

En los humanos, los isocromosomas se hallan asociados a ciertas enfermedades.
Así, por ejemplo, se hallan en algunas niñas que presentan el síndrome de
Turner, en los pacientes con el síndrome
de Pallister-Killian y en algunos tumores. El isocromosoma "17q" (o
sea, el isocromosoma formado por dos brazos largos del cromosoma
17 y que ha perdido el brazo corto) y el isocromosoma "14q" están asociados
a ciertos tipos de leucemia.[113] [114] Además, los individuos portadores de
isocromosomas pueden tener descendientes con mayor número de cromosomas que el
normal.[115]

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El cromosoma
en organismos procariotas

Los procariotas, bacteria y archaea, presentan típicamente
un solo cromosoma circular, si bien existen algunas variantes a esta regla.[116] El cromosoma bacteriano puede tener un
tamaño desde 160.000 pares de bases (como en el endosimbionte Carsonella
ruddii,[117] a 12.200.000 pares de bases en la
bacteria del suelo Sorangium
cellulosum.[118]

Las bacterias usualmente tienen un solo punto en su cromosoma desde el cual
se inicia la duplicación, mientras que algunas archeas presentan múltiples
sitios de inicio de la duplicación.[119] Por otro lado, los genes de los
procariotas están organizados en operones y no contienen intrones.

Los procariotas no poseen un núcleo verdadero, en cambio su ADN está
organizado en una estructura denominada nucleoide.[120] El nucleoide es una estructura
distintiva y ocupa una región definida en la célula bacteriana. Esta estructura
es muy dinámica y se halla mantenida y remodelada a través de la acción de
proteínas similares a histonas, las cuales se asocian al cromosoma
bacteriano.[121] En archaea, el ADN en el cromosoma se
halla todavía más organizado, con el ADN empacado dentro de estructuras
similares a los nucleosomas eucarióticos.[122] [123]

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Cromosomas
artificiales

Artículo principal: Cromosoma
artificial de levadura

Artículo principal: Cromosoma
artificial bacteriano

Artículo principal: Cromosoma
artificial de mamífero

Los cromosomas artificiales son cromosomas que han sido manipulados a través
de herramientas de ingeniería
genética para que presenten estructuras precisas que permiten su
integración, permanencia y duplicación en determinados organismos.[124] El cromosoma
artificial de levadura o "YAC" (acrónimo inglés por Yeast artificial
chromosome) es un tipo de vector de clonación de alta
capacidad siendo, de hecho, el de mayor capacidad (200 kb a 3.000 kb). Fueron descritos por
primera vez en 1983.[125] Es un vector que imita las
características de un cromosoma normal de una levadura, ya que porta un
centrómero y los telómeros terminales. Esto permite clonar (es decir,
multiplicar) en levaduras secuencias de ADN de hasta un millón de pares de bases o
más, al comportarse como un cromosoma propio de la levadura. Son utilizados en
construcción de genotecas genómicas, siendo muy
extendido su uso en los primeros años del Proyecto Genoma
Humano.[126] Sin embargo, son más inestables que
otros vectores, tales como BACs (acrónimo inglés de "Bacterial artificial
chromosome" o cromosoma
artificial bacteriano), que han acabado imponiéndose.[127] Estos últimos son también vectores de
clonación usados para clonar fragmentos de ADN de 100 a 300 kb de tamaño en la
bacteria
Escherichia coli.
Su estructura es análoga a la del plásmido factor-F encontrado
de modo natural en esa especie bacteriana.[1]

[editar]
Véase también

Genotipo

Genoma

Genoma humano

Citogenética

Cariotipo

Aberración
cromosómica

[editar]
Notas

a. ↑  Los
pasos para realizar el estudio de los cromosomas humanos mediante técnicas
convencionales son los siguientes:[128]

Obtención de la muestra: se realiza exclusivamente de tejidos vivos
que contengan células con núcleo. Principalmente se emplean los glóbulos
blancos que se hallan en la sangre por su fácil accesibilidad.

Siembra: la cual se realiza agregando aproximadamente 1 mililitro
de sangre entera heparinizada a un medio de cultivo enriquecido con suero
fetal bovino, antibióticos y mitógenos, lo cual estimulará el crecimiento y
división de las células.

Incubación: se mantiene a 38 grados centígrados con una atmósfera
de CO2 al 5 % y humedad por 72 horas.

Cosecha: Se agrega colchicina a la muestra para detener la mitosis en
metafase, posteriormente se cenfrifuga la mezcla para retirar el sobrenadante
(suero sanguíneo y medio de cultivo). Se agrega solución hipotónica de cloruro de potasio
para romper las membranas celulares y para finalizar el paso de la cosecha se
realizan 3 lavados con una solución de metanol y ácido acético.

Goteo: con posterioridad a los lavados, por medio de
centrifugación, se obtiene un botón celular blanco, el cual se suspende en la
misma solución fijadora de metanol y ácido acético y se procede a gotear en un
portaobjetos a unos cuantos centímetros, esto es con el objetivo de "reventar"
las células y obtener los cromosomas.

Envejecimiento: en este paso se espera a que la muestra pierda
humedad. Se puede aplicar calor al portaobjetos para deshidratar la muestra.

Tinción: existen muchos tipos de tinciones para observar los
cromosomas. La más utilizada es la tinción con colorante Giemsa, se conoce
como técnica de bandas GTG. En este caso se expone la muestra del portaobjetos
a tripsina,
con el objetivo de desnaturalizar algunas de las proteínas constitutivas de
los cromosomas. Posteriormente se tiñen con dos colorantes, Giemsa y Wrigth,
en algunos laboratorios puede emplearse un solo colorante, pero el empleo de
los dos mejora la calidad del resultado, puesto que facilita el análisis al
microscopio para el citogenetista creando un contraste de color en las bandas
que se formaron al emplear la tripsina. Por medio de estas bandas podemos
distinguir las características de un cromosoma y determinar si es normal o
presenta alguna anomalía estructural. Existen otras técnicas de tinción, como
bandas NOR, ICH, bandas Q, bandas R, técnicas para teñir centrómero y
heterocromatina. Con este tipo de técnicas se puede llegar a realizar un
diagnóstico citogenético acerca de una enfermedad cromosómica.

Lectura: el último paso consiste en observar por lo menos 20 placas
metafásicas y formar un cariotipo o cariograma, donde se acomodan los
cromosomas por grupos según el tamaño y la localización del centrómero.

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