Biología de primaria y secundaria · Grades 1–9
65Los genes y el ADN
Los cromosomas llevan los determinantes — pero un hilo todavía no es un texto. ¿Qué es, a lo largo de un cromosoma, un determinante? ¿Y de qué está hecho el hilo, para que un núcleo de milésimas de milímetro de ancho pueda guardar las instrucciones de un ser humano entero (Ejercicio 63.12)? Dos nombres responden, y son los más famosos de la biología moderna: el gen y el ADN.
65.1 Los genes: los determinantes, localizados
Definición 65.1 (El gen y los alelos)
Un gen es un determinante hecho preciso: un trozo de cromosoma que lleva las instrucciones de la parte de la obra que le toca a un rasgo — un gen para la maquinaria del grupo sanguíneo, otros para los pigmentos del color de los ojos, miles y miles a lo largo de los 46 hilos, cada uno en su dirección fija. Un gen puede existir en varias versiones — los alelos: las versiones A, B y O del gen del grupo sanguíneo, las versiones marrón y azul del gen del color de los ojos. Misma dirección, otra ortografía.
Proposición 65.2 (Dos copias, y qué quiere decir mostrarse)
Los cromosomas vienen en parejas (Proposición 64.2) — así que todos los genes vienen en dos copias, una por miembro, una de cada progenitor. Las copias pueden ser el mismo alelo o dos distintos; cuando son distintos, uno puede expresarse y el otro viajar callado — y los misterios del álbum de familia se resuelven en mecanismo:
- llevar sin mostrar (Ejemplo 63.5): el alelo callado viaja en el segundo miembro;
- el hijo del grupo O de padres A y B (Problema 63.1): cada progenitor llevaba una O callada, y la reducción a la mitad repartió juntas las dos O;
- el hijo de ojos azules de padres de ojos marrones: dos azules callados que se encuentran — una posibilidad entre cuatro cuando los dos padres llevan uno cada uno: la reducción a la mitad reparte el azul de cada progenitor con una posibilidad entre dos, y los dos repartos son independientes.
Demostración. Admitido a este nivel. ∎
Ejemplo 65.3 (Los grupos sanguíneos, mecanizados del todo)
Un gen, tres alelos, dos copias por persona: A con A o con O enseña grupo A; B con B o con O enseña B; A con B enseña AB (los dos expresados — los alelos no siempre se pueden callar); O con O enseña O. El patrón entero del registro de donantes — con todas sus “sorpresas” incluidas — es la aritmética de unos repartos de dos copias.
65.2 El ADN: en qué está escrito el texto
Definición 65.4 (El ADN)
Químicamente, un cromosoma es una molécula de ADN inmensamente larga y enrollada (con proteínas de empaquetado): una doble hebra — la famosa escalera retorcida — cuyos peldaños son parejas de cuatro letras químicas. El orden de las letras a lo largo de la hebra es la información: un gen es un tramo de esa secuencia, como una frase es un tramo de una página. Cuatro letras, y tres mil millones de ellas en una baraja humana — texto de sobra para el juego entero de instrucciones de una obra, enrollado en cada núcleo.
Ejemplo 65.5 (Verlo con tus propias manos)
El ADN se puede extraer en la cocina: machaca un plátano o una cebolla, añade agua con sal y un poco de lavavajillas (membranas deshechas — las envolturas de la Definición 45.1 son su objetivo), cuela y echa por encima alcohol frío: en la frontera sube una maraña de hilos blanquecinos, que se enrollan en un palillo. Esos hilos son ADN — la molécula de verdad de este capítulo, en centímetros de verdad.
Proposición 65.6 (Lo que explica la estructura del ADN)
La doble hebra no es un adorno — cada propiedad responde a una pregunta vieja:
- la copia (las divisiones fieles de la Proposición 29.7): las dos hebras son complementarias letra a letra, así que, separadas, cada una reconstruye a su compañera — una escalera se convierte en dos escaleras idénticas, una por célula hija;
- los alelos: las versiones de un gen son pequeñas diferencias de ortografía en la secuencia — misma dirección, letras cambiadas;
- la mutación: la copia es casi perfecta, no perfecta — una letra rara mal copiada crea un alelo nuevo. Casi siempre neutra, a veces dañina y de vez en cuando útil: la mutación es de donde salen las ortografías nuevas y, al final, todos los alelos — la novedad en bruto que necesitará el Capítulo 68;
- la lectura: una célula usa un gen leyendo su secuencia y construyendo la molécula de trabajo correspondiente — y cada clase de célula lee su propia selección de la biblioteca: el enigma del Ejercicio 64.12, resuelto como estaba prometido.
Demostración. Admitido a este nivel. ∎
Observación 65.7 (Un solo código, toda la vida)
El hecho más hondo viene el último: todos los seres vivos escriben sus genes con las mismas letras del ADN y los leen con el mismo código — el roble, la levadura, la ballena, los microbios del Capítulo 43 y tú. Esta es la unidad de la vida (Proposición 29.2) en su cimiento, y la prueba más fuerte que hay hasta ahora del árbol del parentesco (Observación 44.8): un idioma compartido argumenta un origen compartido. También es la razón de que la ingeniería genética funcione siquiera — un gen mudado de una especie a otra sigue siendo legible, como una frase fotocopiada en otro libro.
Método 65.8 (La lectura en tres niveles)
Cualquier pregunta de herencia se puede leer ya en tres niveles — practica el cambio de uno a otro:
- nivel de familia: quién lo enseña, quién lo lleva, quién lo transmite (Capítulo 63);
- nivel de cromosoma: qué hilos, reducidos a la mitad y restaurados, llevan el reparto (Capítulo 64);
- nivel de molécula: qué gen, qué alelos, qué ortografía — y, para un rasgo nuevo, qué mutación.
Una historia, tres aumentos; una respuesta está completa cuando funciona en los tres.
65.3 Ejercicios
Ejercicio 65.1 ★
Ejercicio 65.2 ★
¿Por qué vienen todos los genes en dos copias, y dónde están?
Solución
Solución de Ejercicio 65.2.
Porque los cromosomas vienen en parejas: una copia de cada gen viaja en cada miembro — una de la madre y otra del padre, en la misma dirección.
Ejercicio 65.3 ★
¿Qué es físicamente la información del ADN? ¿Cuántas letras, y de cuántas clases, hay en una baraja humana?
Solución
Solución de Ejercicio 65.3.
El orden de las letras químicas a lo largo de la hebra. Cuatro clases de letra, y unos tres mil millones de ellas en una baraja humana.
Ejercicio 65.4 ★
¿Cómo hace posible la copia fiel la doble hebra?
Solución
Solución de Ejercicio 65.4.
Las hebras son complementarias letra a letra: separadas, cada una reconstruye a su compañera, y una escalera se convierte en dos escaleras idénticas — una copia completa por célula hija.
Ejercicio 65.5 ★
¿Qué es una mutación, y cuáles son sus tres caracteres posibles?
Solución
Solución de Ejercicio 65.5.
Un error de copia poco frecuente — letras cambiadas que crean un alelo nuevo. Casi siempre neutra, a veces dañina y de vez en cuando útil.
Ejercicio 65.6 ★
Enuncia el hecho de la Observación 65.7 y sus dos consecuencias.
Solución
Solución de Ejercicio 65.6.
Todos los seres vivos escriben y leen sus genes con las mismas letras del ADN y el mismo código. Consecuencias: la prueba más fuerte de un origen común — y que mudar genes entre especies funcione, porque el idioma coincide en todas partes.
Ejercicio 65.7 ★★
Mecaniza el hijo de ojos azules de padres de ojos marrones: copias, repartos y la probabilidad de una entre cuatro.
Solución
Solución de Ejercicio 65.7.
Cada progenitor lleva marrón con azul — el marrón expresado y el azul callado. Cada uno reparte azul con una posibilidad entre dos; los repartos son independientes, así que azul con azul cae con una posibilidad entre cuatro — el hijo de ojos azules.
Ejercicio 65.8 ★★
Trabaja el Ejemplo 65.3: enumera las parejas de alelos que hay detrás de cada uno de los cuatro grupos.
Solución
Solución de Ejercicio 65.8.
Grupo A: A con A, o A con O. Grupo B: B con B, o B con O. Grupo AB: A con B — los dos expresados. Grupo O: O con O.
Ejercicio 65.9 ★★
Resuelve el Ejercicio 64.12 en los términos de este capítulo: ¿qué lee una neurona que no lee una célula de la piel?
Solución
Solución de Ejercicio 65.9.
Las dos tienen la biblioteca entera — los mismos 46 hilos. La neurona lee los genes de la maquinaria nerviosa y deja cerrados los capítulos de la queratina de la piel; la célula de la piel lee lo contrario. La especialización es una política de préstamo, no otra biblioteca.
Ejercicio 65.10 ★★
Describe la extracción de cocina y qué hace cada ingrediente de la cocina.
Solución
Solución de Ejercicio 65.10.
Machaca la fruta (células abiertas); agua con sal y lavavajillas (las membranas — las envolturas de la célula y del núcleo — disueltas, el ADN liberado y mantenido en disolución); cuela (fuera los restos); alcohol frío echado por encima (el ADN se sale de la disolución en la frontera): hilos blanquecinos que se enrollan — la molécula misma.
Ejercicio 65.11 ★★
Pasa los tres niveles del Método 65.8 por la barbilla de la capilla del Problema 63.1.
Solución
Solución de Ejercicio 65.11.
Nivel de familia: la barbilla reaparece siguiendo las líneas de la reproducción, llevada sin mostrarse durante una generación. Nivel de cromosoma: su determinante viaja en un hilo, reducido a la mitad en los gametos y restaurado en la fecundación, repartido a unos hijos y a otros no. Nivel de molécula: es un alelo — una ortografía de algún gen que da forma a la cara — copiado con fidelidad durante el siglo que ha pasado desde la mutación que lo escribió por primera vez.
Ejercicio 65.12 ★★★
“La mutación escribe, el barajado reparte, la expresión enseña”. Asigna a cada verbo su mecanismo y su capítulo — y di cuál de los tres crea ortografías de verdad nuevas.
Solución
Solución de Ejercicio 65.12.
La mutación escribe: los errores de copia crean ortografías nuevas — nivel de molécula, este capítulo. El barajado reparte: la reducción a la mitad y la fecundación le entregan a cada hijo una combinación nueva — nivel de cromosoma, Capítulo 64 (y Proposición 54.5). La expresión enseña: de las dos copias repartidas, qué se muestra y qué viaja callado — la regla de las dos copias de este capítulo. Solo la mutación crea ortografías de verdad nuevas; las otras dos recombinan y revelan lo que la mutación escribió una vez.
65.4 Problema: La fotocopiadora estropeada
Problema 65.1
Problema de fin de semana — un gen seguido desde su ortografía hasta el árbol de familia
Sigue un caso (inventado, pero típico): un gen de pigmento cuyo alelo que funciona, P, construye un pigmento de la piel y del cabello; hace mucho, un error de copia creó el alelo estropeado p — mal escrito de manera ilegible, que no construye nada. Quienes llevan P con p tienen un aspecto corriente; un hijo al que le tocan p y p no construye pigmento ninguno — cabello y piel muy claros y ojos frágiles al sol (la condición existe en muchas especies).
Parte I — Nivel de molécula.
- Nombra el origen de p, con la Proposición 65.6 — ¿qué pasó físicamente, una vez, en la línea germinal de algún antepasado?
- ¿Por qué tiene un aspecto corriente P con p? ¿Qué palabra del vocabulario describe el viaje de p?
- ¿Por qué cambia la obra p con p? ¿Qué falta, y de qué clase de maquinaria de qué capítulo (Definición 65.1)?
- La condición aparece en muchas especies. ¿Qué predice la Observación 65.7 sobre la ortografía de sus genes del pigmento?
Parte II — Niveles de cromosoma y de familia.
- Dos padres portadores (P con p cada uno): enumera los cuatro repartos igual de probables de un hijo y la probabilidad de la obra p con p.
- Su hija p con p nace de dos padres de aspecto corriente. ¿Qué misterio del álbum (Ejemplo 63.5) acaba de funcionar con su mecanismo entero?
- Los hijos que tenga ella con una pareja P con P: ¿qué llevan todos, y qué no enseña ninguno?
- Sigue los vehículos del alelo en una transmisión: el viaje de p de la abuela al nieto, hilo a hilo y gameto a gameto.
Parte III — La redacción en tres niveles.
- Escribe el caso en los tres niveles del Método 65.8, una frase cada uno.
- Un compañero pregunta por qué no se “reparó y se quitó de en medio” hace mucho la ortografía estropeada. Responde con el aspecto corriente del portador — ¿de dónde se esconde p, para que ningún juicio alcance sus efectos?
- Protegerse del sol le importa más a la hija que a sus padres portadores. Relaciona rasgo, pareja de alelos y ambiente en una frase (el tejido de la Proposición 63.4).
- Cierra con la imagen de la fotocopiadora hecha exacta: qué copia, qué se copió mal una vez y por qué se copia ahora el error con toda fidelidad.
Solución
Solución de Problema 65.1.
1. Una mutación: un error de copia en el gen del pigmento, una vez, en la línea de gametos de algún antepasado — letras cambiadas, instrucciones estropeadas, y la falta de ortografía copiada con fidelidad desde entonces.
2. Porque las instrucciones que funcionan de P construyen el pigmento sin importar el compañero callado: p viaja llevado sin mostrarse — la palabra del álbum, ahora molecular.
3. Con p en los dos miembros, no hay instrucciones que funcionen en ninguna de las dos direcciones: la maquinaria del pigmento — el producto del gen — sencillamente no se construye nunca. El rasgo es la ausencia de una ortografía que funcione.
4. Que sus genes del pigmento son reconociblemente el mismo gen — secuencias parecidas en el mismo código — copias parientes de un solo texto antepasado, estropeadas de manera independiente en la historia de cada especie.
5. Los cuatro repartos: P con P, P con p, p con P y p con p — igual de probables. La obra sin pigmento: una posibilidad entre cuatro.
6. El salto de generación: dos portadores que enseñaban pigmento transmitieron lo que no mostraban, y las ortografías escondidas se encontraron — el Ejemplo 63.5 con su mecanismo entero.
7. Todos llevan una p — la aportación entera de su madre en esa dirección es p. Ninguno enseña la condición: la P de la pareja construye el pigmento en todos ellos.
8. La p de la abuela viajaba en un cromosoma de una pareja; la reducción a la mitad de su gameto repartió ese miembro al óvulo o al espermatozoide que hizo al progenitor portador; la reducción a la mitad del progenitor lo repartió otra vez al gameto que hizo al nieto — hilo, gameto y cigoto, dos veces seguidas.
9. Familia: dos padres de aspecto corriente, un hijo de una entre cuatro, y el hecho de llevarlo demostrado por el nacimiento. Cromosoma: los dos miembros de una pareja llevando P y p, reducidos a la mitad y recombinados. Molécula: un gen, un alelo que funciona y otro mal escrito, y la diferencia de ortografía decidiéndolo todo.
10. De todos los juicios: en un portador, lo estropeado de p es invisible — la P de la pareja lo tapa, así que nada de la obra del portador “informa” de la falta de ortografía. Lo que no se puede ver no se puede reparar ni quitar de en medio; las ortografías escondidas duran indefinidamente.
11. Su rasgo (sin pigmento) es heredado — p con p — pero su consecuencia se vive en un ambiente lleno de sol: el pigmento que falta era la crema solar del cuerpo, así que el ambiente escribe sobre ella más que sobre sus padres protegidos — la herencia pone el margen y el mundo lo rellena.
12. Lo que copia: la doble hebra, con cada mitad reconstruyendo a su compañera en cada división celular y en cada generación. Lo que se copió mal una vez: unas pocas letras del gen del pigmento, en un gameto antiguo. Por qué dura el error: la fotocopiadora es fiel — copia lo que hay, y las faltas de ortografía con la misma fidelidad que el sentido.