Genes

Un gen es un segmento de ADN que contiene la información necesaria para fabricar una molécula funcional, normalmente una proteína o un ARN. Los genes son la unidad básica de la herencia: se transmiten de padres a hijos y determinan, junto con el ambiente, rasgos tan variados como el grupo sanguíneo, el color de los ojos o la predisposición a ciertas enfermedades.

¿Qué es un gen?

Gregor Mendel dedujo en el siglo XIX la existencia de «factores» hereditarios al cruzar guisantes, pero no sabía de qué estaban hechos. El término gen lo acuñó el botánico danés Wilhelm Johannsen en 1909, a partir del griego genos («linaje, origen»). Los trabajos de Thomas H. Morgan con la mosca del vinagre (Drosophila melanogaster) demostraron que los genes se localizan en los cromosomas; en 1941, George Beadle y Edward Tatum propusieron que cada gen controla la síntesis de una enzima, y en 1953 se descubrió la estructura del ADN.

La idea actual es más matizada que «un gen, una proteína»: un mismo gen puede producir varias proteínas distintas mediante el procesamiento alternativo del ARN, y existen genes cuyo producto final no es una proteína, sino un ARN con función propia (ARN ribosómico, ARN de transferencia, microARN).

Dónde están los genes

En las células eucariotas, los genes se encuentran en el ADN del núcleo, organizado en cromosomas, y también en el ADN de las mitocondrias y los cloroplastos. La posición que ocupa un gen en un cromosoma se llama locus. En el ser humano hay 23 pares de cromosomas, y el genoma contiene alrededor de 20.000 genes que codifican proteínas. Sin embargo, estos ocupan solo un 1-2 % del ADN; el resto incluye secuencias reguladoras, genes de ARN no codificante, elementos repetidos y regiones cuya función aún se estudia. En las bacterias, el ADN suele ser circular y los genes se agrupan a menudo en operones, conjuntos de genes que se regulan a la vez, como el operón lac, descrito por François Jacob y Jacques Monod en 1961.

Estructura de un gen eucariota

• Promotor: región donde se une la ARN polimerasa para iniciar la transcripción.
• Secuencias reguladoras: potenciadores y silenciadores que aumentan o disminuyen la actividad del gen, a veces desde lejos.
• Exones: fragmentos que se conservan en el ARN maduro y contienen la información para la proteína.
• Intrones: fragmentos intercalados que se eliminan durante el proceso de maduración (splicing).
• Regiones no traducidas (UTR) en los extremos del ARN mensajero, que regulan su estabilidad y traducción.
• Señal de terminación, que marca el final de la transcripción.

Cómo funciona un gen: expresión génica

La expresión génica es el proceso por el que la información del ADN se convierte en un producto funcional. Sigue dos etapas principales, que forman el llamado dogma central de la biología molecular formulado por Francis Crick:

1. Transcripción: la ARN polimerasa copia una de las cadenas del gen en un ARN mensajero. En eucariotas, este ARN se procesa antes de salir del núcleo.
2. Traducción: en los ribosomas, el ARN mensajero se lee en grupos de tres nucleótidos (codones) y cada uno determina un aminoácido según el código genético. Los aminoácidos se enlazan para formar la proteína.

No todos los genes están activos a la vez. Una neurona y una célula del hígado tienen el mismo ADN, pero expresan genes distintos, y por eso se diferencian. La expresión se regula mediante factores de transcripción, señales hormonales, el ambiente y modificaciones epigenéticas (como la metilación del ADN), que cambian la actividad del gen sin alterar su secuencia.

Genes y alelos

Cada persona tiene dos copias de la mayoría de los genes, una heredada de cada progenitor. Las distintas versiones de un mismo gen se denominan alelos. Si los dos alelos son iguales, el individuo es homocigoto para ese gen; si son distintos, es heterocigoto. Un alelo es dominante cuando se manifiesta aunque solo esté presente en una copia, y recesivo cuando solo se manifiesta si se tienen dos copias. El conjunto de alelos de un individuo es su genotipo, y los rasgos observables son su fenotipo. Son cuestiones fundamentales de la genética.

Tipos de genes según su función

Mutaciones

Una mutación es un cambio en la secuencia de un gen. Puede ser una sustitución de una base, la pérdida o ganancia de nucleótidos, o un reordenamiento mayor. Muchas son neutras, algunas son perjudiciales (la fibrosis quística, por ejemplo, se debe a mutaciones en el gen CFTR) y unas pocas resultan beneficiosas, aportando la variabilidad sobre la que actúa la evolución.

Importancia y aplicaciones

El Proyecto Genoma Humano, iniciado en 1990, publicó un borrador en 2001 y se declaró completado en 2003; en 2022 se presentó la primera secuencia humana de extremo a extremo. Gracias a ello se identifican genes asociados a enfermedades, se hacen pruebas de diagnóstico genético y se desarrollan terapias génicas y herramientas de edición como CRISPR-Cas9. En agricultura se mejoran cultivos y en la investigación se estudia el parentesco entre especies.

Ejercicios resueltos

Preguntas frecuentes

Referencias

• Griffiths, A. J. F. et al. (2015). Introduction to Genetic Analysis (11.ª ed.). W. H. Freeman.
• Alberts, B. et al. (2015). Molecular Biology of the Cell (6.ª ed.). Garland Science.
• Pierce, B. A. (2020). Genética: un enfoque conceptual (6.ª ed.). Médica Panamericana.