Genética de la fenilcetonuria e hiperfenilalaninemia

¿Cómo se hereda la fenilcetonuria?

La fenilcetonuria es una condición genética heredada de los dos padres.

Cada célula de nuestro organismo tiene un conjunto de pequeñas estructuras llamadas cromosomas los cuales contienen miles de genes responsables del desarrollo físico y mental del individuo. Estos genes están compuestos de ADN. El óvulo materno contiene 23 cromosomas y el espermatozoide paterno otros 23 cromosomas. Recibimos así 23 pares (46 en total) de cromosomas que contienen los genes procedentes la mitad del padre y la otra mitad de la madre. Por lo tanto, todas las células de nuestro organismo tienen los 23 pares de cromosomas lo que supone entre 50.000 y 100.000 pares de genes.

¿Dónde está localizado el gen PAH?

En uno de estos cromosomas (cromosoma 12) hay un gen llamadoPAH que cuando está alterado (mutado) en ambos cromosomas es responsable de la fenilcetonuria o de la hiperfenilalaninemia.

¿Por qué se producen las mutaciones?

Se estima que cada uno de nosotros porta al menos 10 genes que han sido seriamente alterados (mutados) como resultado de algún "accidente" celular. En la mayoría de los casos el resultado de estas alteraciones no se observa porque tenemos todavía el otro cromosoma que lleva una copia del gen sin alterar.

¿Qué pasa si hay un solo cromosoma mutado?

Los individuos que reciben de uno de los padres un gen alterado y el otro normal se denominan "portadores". En cambio cuando ambos padres son portadores y el hijo recibe los dos cromosomas con el gen alterado, este niño manifestará la enfermedad. Así pues, un doble portador presenta la enfermedad.

¿Qué significa herencia autosómica recesiva?

Cada vez que dos portadores conciban un hijo, la probabilidad de que éste reciba los dos cromosomas con el gen alterado es de un 25%. La probabilidad de que el niño sea sano pero portador es del 50% y, finalmente, la probabilidad de que sea sano y no portador es del 25%. Este tipo de herencia se denomina herencia autosómica recesiva y es la que presenta la fenilcetonuria.

¿Cuál es la incidencia de la PKU?

La fenilcetonuria tiene una incidencia general de 1 cada 10.000 recién nacidos vivos aunque hay variación según la zona geográfica. La frecuencia de portadores es del 2% en la población general.

¿Se pueden estudiar las mutaciones de la PKU?

Actualmente se pueden estudiar las mutaciones del gen PAH, aunque debido a lagran cantidad de mutaciones (alteraciones) distintas existentes (más de 500 descritas) en algunos casos puede resultar algo difícil y lento. Es necesario estudiar el DNA del individuo enfermo y el de sus padres. Combinando diferentes técnicas de biología molecular podemos llegar a conocer la alteración genética en el 95% de los casos.

¿Quién debe estudiarse para la PKU?

• Los niños afectos.
• Sus padres (importantes para confirmar las mutaciones del niño afecto).
• Sus hermanos sanos o afectos (posibles portadores), aún cuando puede ser más conveniente que ellos mismos lo pidan cuando tengan autonomía propia.
• Cualquier familiar a riesgo según la historia familiar.

¿Qué utilidad tienen estos estudios para las familias PKU?

1. Según la mutación o mutaciones que tenga, el paciente presentará una formamás leve o más severa de la enfermedad, lo que hace que alteraciones en el mismo gen causen en ocasiones PKU (fenilcetonuria) y en otras mHPA (hiperfenilalaninemia moderada). El conocer qué mutaciones tienen nuestros pacientes nos puede ayudar a relacionar el genotipo, es decir, las mutaciones en el gen PAH, con el fenotipo, es decir, con las manifestaciones clínicas. Esto nos ayudará a predecir la gravedad de la enfermedad.
2. Por otro lado, el conocimiento de las mutaciones nos permitirá seleccionar a los pacientes candidatos a tratamiento con BH4 [ ver Tratamiento ], el cofactor de la enzima fenilalanina hidroxilasa, pues los pacientes con mutaciones leves que permiten cierta actividad residual de la enzima PAH son los que responden mejor a esta terapia.
3. Una vez conocidas las mutaciones en la familia PKU o HPA y tras realizar el estudio familiar podremos ofrecer consejo genético (el riesgo para la descendencia) tanto al paciente como a sus familiares (padres, hermanos, etc.).
4. El hecho de conocer las mutaciones resulta imprescindible para poder ofrecer un diagnóstico prenatal, que en la PKU no está justificado dado el buen pronóstico de la enfermedad diagnosticada y tratada precozmente.

¿Cómo se realiza el diagnóstico prenatal?

Ante el embarazo de una pareja en que ambos sean portadores y se conozca la alteración en ambos casos se puede realizar el estudio de mutaciones envellosidad corial (semana 8-11 de embarazo) o en líquido amniótico(semana 16 de embarazo) y conocer si se trata de un feto sano, portador o afecto.

Niveles de organización de la Vida

 

Los seres vivos u organismos son necesariamente complejos. Su complejidad afecta, entre otros aspectos, a las moléculas que los componen y a cómo se organizan éstas en asociaciones macromoleculares para formar las diferentes estructuras de los seres vivos. Al observar la materia viva se pueden distinguir varios grados de complejidad estructural, que son los denominados niveles de organización. Cada uno de ellos proporciona unas propiedades a la materia viva que no se encuentran en los niveles inferiores. 

 

Niveles de organización abióticos

Los niveles de organización abióticos son aquellos que también existen en la materia inanimada. Se distinguen tres:

• Nivel subatómico: lo integran las partículas más pequeñas de la materia, como son los protones, los neutrones y los electrones.
• Nivel atómico: lo componen los átomos, que son la parte más pequeña de un elemento químico que puede intervenir en una reacción.
• Nivel molecular: está formado por las moléculas, que se definen como unidades materiales formadas por la unión, mediante enlaces químicos, de dos o más átomos, como por ejemplo una molécula de oxígeno (O₂) o de carbonato cálcico (CaCO₃). Las moléculas que forman la materia viva se denominan biomoléculas, o principios inmediatos, y un ejemplo es la glucosa (C₆H₁₂O₆). Las moléculas orgánicas son todas aquellas constituidas, básicamente, por átomos de carbono unidos mediante enlaces covalentes. Antes se consideraba que sólo eran sintetizadas por los seres vivos; sin embargo, actualmente se han logrado por síntesis artificial compuestos de carbono que nunca aparecen en los seres vivos, como, por ejemplo, los plásticos. Por tanto, dentro de las moléculas orgánicas es preciso distinguir entre las biomoléculas y las no biomoléculas. Dentro del nivel molecular existen varios grados de complejidad:
  
• Las macromoléculas resultan de la unión de muchas moléculas orgánicas en un polímero; cada unidad del polímero se denomina monómero. Por ejemplo, el almidón (macromolécula) es un polímero de glucosa (monómero). Las proteínas son macromoleculas formadas por polímeros de aminoácidos y los ácidos nucleicos son polímeros de nucleótidos.
• Los complejos supramoleculares: están formados por varias moléculas. Por ejemplo, la unión de glúcidos y proteínas para dar glucoproteínas.
• Los orgánulos celulares: están formados por varios complejos supramoleculares y, aunque tienen cierta entidad propia, no se pueden considerar como seres vivos, ya que no cumplen sus características de nutrición, relación y reproducción. Dentro de la célula se encuentran varios orgánulos celulares como las mitocondrias, los peroxisomas, el retículo endoplasmático, etcétera.

Los virus son complejos macromoleculares que están constituidos por dos tipos de macromoléculas: proteínas y ácidos nucleicos y, en algún caso, también lípidos.

Niveles de organización bióticos

Existen cuatro niveles de organización bióticos, que son exclusivos de los seres vivos:

• Nivel celular: comprende las células, que son unidades de materia viva constituidas por una membrana y un citoplasma. Se distinguen dos tipos de células:
• Las células procariotas: son las que carecen de envoltura nuclear y, por lo tanto, la información genética se halla dispersa en el citoplasma, aunque condensada en una región denominada nucleoide.
• Las células eucariotas son las que tienen la información genética rodeada por una envoltura nuclear, que la aísla y protege, y que constituye el núcleo.

Las células son las partes más pequeñas de la materia viva que pueden existir libres en el medio. Los organismos compuestos por una sola célula se denominan organismos unicelulares, y deben desarrollar todas las funciones vitales.

• Nivel pluricelular: abarca a aquellos seres vivos que están constituidos por más de una célula. Se pueden distinguir varios grados de complejidad o subniveles. De menor a mayor complejidad son los siguientes:
• Tejidos: son conjuntos de células especializadas muy parecidas, que realizan la misma función y que tienen un mismo origen.
• Órganos: son las unidades estructurales y funcionales de los seres vivos superiores. Están constituidos por varios tejidos diferentes y realizan una acción concreta.
• Sistemas: son conjuntos de órganos parecidos, pero que realizan acciones independientes. Por ejemplo, el sistema nervioso, el óseo, el muscular, o el endocrino.
• Aparatos: son conjuntos de órganos que pueden ser muy diferentes entre sí, pero cuyos actos están coordinados para constituir lo que se llama una función.
• Nivel de población: abarca a las poblaciones, que son el conjunto de individuos de la misma especie que viven en una misma zona y en un momento determinado. Se considera a los organismos de la misma especie no como individuos concretos, sino desde el punto de vista de las relaciones que se establecen entre ellos en el espacio y en el tiempo.
• Nivel de ecosistema: se estudia tanto el conjunto de poblaciones de diferentes seres que viven interrelacionados, la llamada comunidad o biocenosis, como el lugar, con sus condiciones fisicoquímicas, en donde se encuentra el llamado biotopo. El conjunto de biocenosis y biotopo se llama ecosistema. El conjunto de ecosistemas de toda la Tierra o biosfera puede ser considerado como el nivel más complejo de organización de los seres vivos.

NIVELES DE ORGANIZACIÓN DE LA MATERIA

NIVELES DE ORGANIZACIÓN DE LA MATERIA

 

Todo lo que nos rodea es materia, incluso lo que no vemos está formado por gases que también son materia y que forman parte de nuestra atmósfera. La materia está constituida por átomos y moléculas que determinan el tipo de compuesto que forman, así pueden formar parte de materia orgánica o inorgánica, o pueden ser parte de materia viva o inerte. La materia existe organizada en una gran diversidad de formas y a diferentes niveles,  la materia y la energía son dos cosas diferentes pero se encuentran unidas, la una no puede existir sin la otra.

La Tierra es el tercer planeta de nuestro sistema solar y es el único planeta que con toda certeza sabemos que posee vida,  esa forma de organización de la materia y la energía tan difícil de definir. Cuando alguien nos pregunta si tenemos vida, nuestra respuesta es de inmediato afirmativa; pero si nos preguntaran ¿qué es la vida?  La respuesta no será sencilla y quizá no encontremos una respuesta satisfactoria a esta cuestión.

La vida, al igual que otros acontecimientos que ocurren en el universo, posee una historia, es un producto de la evolución de la Tierra en su conjunto, la vida es el resultado de una serie de procesos, a través de dichos procesos la materia se fue organizando de acuerdo con las posibilidades que las condiciones ambientales y las características que los propios materiales participantes brindaban; así se originaron estructuras cada vez más complejas, como resultado de esta evolución gradual debieron aparecer las primeras células, presentándose de esta forma nuevas posibilidades de desarrollo en el  mundo biológico.

 

Para señalar un orden podemos decir, que los niveles de organización de la materia son los siguientes: Partículas subatómicas ----Átomos -----moléculas ----- estructuras subcelulares ------células-----tejidos -----órganos ----aparatos y sistemas -----individuos -----población -----comunidad ----ecosistema -----biosfera ----- planeta tierra----- sistema planetario solar------galaxia  -----universo.

Constituyentes de la materia

Según el modelo estándar, la materia se compone de dos tipos de partículas fundamentales: los leptones y los quarks. El electrón, uno de los constituyentes elementales del átomo, pertenece a la familia de los leptones. En cambio, el protón y el neutrón, constituyentes del núcleo atómico, están formados por quarks. La simetría de la naturaleza ha ordenado las partículas de cada clase en tres familias. Las medidas efectuadas en el acelerador LEP del CERN (Organización Europea para la Investigación Nuclear) han confirmado ese número de familias, proporcionando fundamento experimental al modelo.

LAS PARTÍCULAS SUBATÓMICAS son los protones, los neutrones y electrones.

Los protones se encuentran en núcleo del átomo y presentan carga positiva.

Los neutrones se encuentran en el núcleo del átomo y su carga es neutra.  

 Los electrones son partículas que giran en diferentes niveles y subniveles alrededor del núcleo atómico, poseen carga negativa e intervienen en la formación de compuestos orgánicos e inorgánicos. Tienen gran importancia en la materia viva, ya que determinan todas las reacciones químicas que se presentan en los seres vivos.

  ÁTOMO es la unidad más pequeña de la materia, los átomos forman a los diferentes tipos de elementos que existen por ejemplo el carbono, el hidrógeno o el calcio.

MOLÉCULA es la unión de dos o más átomos para formar un compuesto, en el caso específico de los seres vivos estos compuestos son estructuras complejas de elevado peso molecular llamadas biomoleculas, que se agrupan para constituir diferentes estructuras subcelulares también llamados organelos celulares, por ejemplo una molécula de proteína, o una molécula de glucosa.

ESTRUCTURAS SUBCELULARES  son los organelos celulares como por ejemplo la membrana plasmática, las mitocondrias, los cloroplastos etc. Estas estructuras se encuentran en el interior de las células.

CÉLULA es la unidad básica estructural y funcional de todo ser vivo, se encuentra integrada por los organelos celulares que realizan funciones específicas y que se  interrelacionan con los demás organelos dando como resultado un conjunto organizado o célula. En este nivel de la materia encontramos las características que distinguen a los organismos con vida en donde se observa  la capacidad de auto organización, intercambio de materiales con el medio externo, aumento en tamaño y autorreplicación, considerándose como entidades independientes en el medioambiente. Las células pueden existir como unidades independientes o asociarse con otras que desarrollen una función particular similar es decir que estén especializadas en una función formando tejidos animales o vegetales dependiendo el tipo de célula.

TEJIDO  es una agrupación de células con funciones similares en un organismo. Los tejidos tienen funciones específicas, en los animales existen cuatro tipos básicos de tejidos: epitelial  por ejemplo el epitelio estratificado que recubre la piel, conectivo (por ejemplo el tejido que forma los ligamentos), muscular (por ejemplo el músculo cardiaco) y nervioso (por ejemplo la masa gris del cerebro); en los vegetales se consideran tres tipos básicos  de tejidos que son el dérmico o epidermis que es la capa externa  que cubre a las hojas, flores, raíces etc; vascular (por ejemplo el xilema y el floema); y fundamental  (por ejemplo el parenquimatoso). Los tejidos dependiendo del tipo de células que los conformen y de su organización pueden formar distintos tipos de órganos.

ÓRGANO es un conjunto de tejidos  que constituyen una unidad estructural y realizan una función específica en un organismo multicelular. Los órganos forman parte de los aparatos y sistemas, por ejemplo el estómago forma parte del aparato digestivo .

APARATOS Y SISTEMAS están integrados por  grupos de órganos, la diferencia entre los aparatos y los sistemas radica en que los órganos que constituyen a los Aparatos están formados por células de diferentes tipos es decir tienen diferente origen histológico y los órganos que constituyen a los Sistemas están formados por células de un mismo tipo es decir tienen el mismo origen histológico. Los aparatos y sistemas se coordinan estructural y funcionalmente en los individuos (por  ejemplo aparato respiratorio y el sistema óseo).

INDIVIDUO, el organismo individual o individuo se refiere a un ser con características específicas de una especie (por ejemplo un león), es uno de los niveles de organización de la materia que ha alcanzado mayor complejidad. Realiza las funciones  de un ser vivo independiente pero interactúa con el ambiente dando lugar a niveles de organización de importancia ecológica como son las especies.

POBLACIÓN  grupo de organismos de una misma especie  que pueden intercambiar información genética y que habitan  en un determinado lugar (por ejemplo una población de leones); las poblaciones también se agrupan formando comunidades.

COMUNIDAD es un conjunto de poblaciones que habitan en una región determinada (por ejemplo las poblaciones de cebras, gacelas y leones).

 ECOSISTEMAS se encuentran constituidos por el conjunto de comunidades y las interacciones que ocurren entre ellas con su medio ambiente (por ejemplo la sabana).

BIOSFERA es  el conjunto de ecosistemas  que constituyen  la zona  de la tierra en donde hay vida,  la biosfera forma parte de nuestro planeta tierra y se extiende a unos 8 Km.  o 10 Km. en la atmósfera y aproximadamente la misma distancia en las profundidades del mar.

PLANETA TIERRA  es el tercer planeta en el sistema planetario solar desde el Sol y ocupa el quinto en cuanto a tamaño de los nueve planetas principales. Es el único planeta conocido que tiene vida aunque en algunos otros planetas se ha encontrado agua y tienen atmósferas.

SISTEMA PLANETARIO SOLAR se encuentra constituido por nueve planetas que giran sobre sus órbitas, con sus satélites, asteroides, cometas, meteoritos, polvo y gas interplanetario, el sistema planetario forma parte de la galaxia llamada Vía Láctea.

GALAXIA Las galaxias se encuentran formadas por  de cientos o miles de millones de estrellas, que giran gravitatoriamente alrededor de un centro en común, el sol es solamente una de esas estrellas. La galaxia a la que pertenece nuestro sistema planetario solar se llama Vía Láctea y todas las estrellas que alcanzamos a observar a simple vista desde la tierra pertenecen a nuestra galaxia.

UNIVERSO está constituido por miles de galaxias,  y todo lo que existe en ellas