Genética

El núcleo de cada una de las células del organismo contiene el denominado material genético, es decir las espirales de ADN (ácido desoxirribonucleico) dispuestas de manera compleja para formar los cromosomas. Las células humanas contienen 23 pares de cromosomas (46 en total), incluidos un par de cromosomas sexuales.

Estructura del ADN

Estructura del ADN
El ADN (ácido desoxirribonucleico) es el material genético de la célula y aparece en forma de filamentos débilmente entrelazados a modo de ovillo, denominados cromatina, en el núcleo de cada célula. Justo antes de que la célula se divida, la cromatina se espiraliza y se forman los cromosomas. La molécula de ADN es una larga doble hélice enrollada sobre sí misma, semejante a una escalera de caracol. En ella, dos ramales compuestos de moléculas de azúcar (desoxirribosa) y fosfatos, se conectan gracias al apareamiento de cuatro moléculas denominadas bases, que forman los eslabones de la escalera. En los eslabones, la adenina se aparea con la timina y la guanina con la citosina. Así mismo, cada par de bases está unido por un enlace de hidrógeno. Un gen es un segmento de ADN que tiene una determinada función y está constituido por una secuencia específica de bases.

La molécula de ADN es una hélice larga y doble, semejante a una escalera de caracol. Los eslabones de esta cadena, que determinan el código genético de cada individuo, se componen de pares de cuatro tipos de moléculas denominadas bases (adenina, timina, guanina y citosina). La adenina se empareja con la timina y la guanina con la citosina. El código genético está escrito en tripletes, de manera que cada grupo de tres eslabones de la cadena codifica la producción de uno de los aminoácidos, los cuales son los componentes que constituirán las proteínas.

La hélice de ADN se abre longitudinalmente cuando una parte de esta molécula controla activamente alguna función de la célula. Una rama de la hélice abierta queda inactiva mientras que la otra actúa como patrón para formar una rama complementaria de ARN (ácido ribonucleico). Las bases del ARN se ordenan en la misma secuencia que las bases de la rama inactiva del ADN, con la diferencia de que el ARN, en vez de timina, contiene una base denominada uracilo. La copia de ARN, llamada ARN mensajero (ARNm), se separa del ADN, abandona el núcleo, pasa al citoplasma de la célula y se une a los ribosomas, donde tiene lugar la biosíntesis de las proteínas. El ARNm transmite al ribosoma la información sobre la secuencia de aminoácidos que se necesitan para construir una proteína específica y el ARN transportador (ARNt), un tipo de ARN mucho más pequeño, conduce los aminoácidos al ribosoma. Cada molécula de este ARNt transporta e incorpora un aminoácido a la cadena de proteína que se está sintetizando.

Un gen contiene la información necesaria para construir una proteína. Los genes varían de tamaño según el tamaño de la proteína y se ordenan en una secuencia específica en los cromosomas. Se denomina "locus" a la localización de cada gen en particular.

Los dos cromosomas sexuales determinan el sexo del feto. El varón tiene un cromosoma sexual X y uno Y; la mujer tiene dos cromosomas X, de los cuales sólo uno es activo. El cromosoma Y contiene relativamente pocos genes pero uno de ellos determina el sexo. En los varones se expresan casi todos los genes del cromosoma X, ya sean dominantes o recesivos. Los genes del cromosoma X se denominan genes ligados al sexo o al cromosoma X.

Inactivación del cromosoma X

Dado que la mujer tiene dos cromosomas X, posee el doble de genes de cromosomas X que un varón. En principio este hecho debería provocar un exceso de algunos genes. De todas formas, se cree que uno de los dos cromosomas X de cada célula femenina se inactiva al principio de la vida del feto, exceptuando los cromosomas de los óvulos en los ovarios. El cromosoma X inactivo (cuerpo de Barr) se observa al microscopio como una protuberancia densa en el núcleo de la célula.

La inactivación del cromosoma X explica ciertas constataciones, como, por ejemplo, que el exceso de cromosomas X cause muchas menos anomalías del desarrollo que el exceso de cromosomas no sexuales (autosómicos). Al parecer, esto se debe a que sólo queda un cromosoma X activo, cualquiera que sea la dotación de cromosomas X de un individuo. En la mujer con tres cromosomas X (síndrome de triple X) con frecuencia no se manifiestan alteraciones físicas ni psicológicas. Por el contrario, un cromosoma autosómico adicional (trisomía) puede ser mortal durante la primera fase del desarrollo fetal. Un bebé nacido con un cromosoma autosómico adicional presenta graves trastornos físicos y mentales. De la misma manera, la ausencia de un cromosoma autosómico siempre es mortal para el feto pero la ausencia de un cromosoma X en general provoca trastornos menos graves (síndrome de Turner).

Anomalías de los genes

Son bastante frecuentes las anomalías de uno o más genes, sobre todo de los recesivos. Cada individuo tiene de seis a ocho genes recesivos anormales, los cuales provocarán un funcionamiento anormal de las células sólo si existen dos similares. Las probabilidades de que eso ocurra son escasas en la población general; no obstante, aumentan en niños de padres con parentesco cercano, al igual que en aquellos grupos cerrados que se casan entre sí, como lo demuestran los estudios adelantados con los miembros de las comunidades religiosas Amish y Menonitas.

Se denomina genotipo a la dotación genética o a la información hereditaria de una persona. La expresión individual del genotipo se denomina fenotipo.

Todas las características diferenciales hereditarias (rasgos) están codificadas por los genes. Algunas, como el color del cabello, simplemente diferencian a una persona de otra y no se consideran anormales. Sin embargo, una enfermedad hereditaria puede ser el resultado de características anormales que aparecen como expresión de un gen anormal.

Anomalías provocadas por un solo gen

Los efectos producidos por un gen anormal dependerán de su carácter dominante o recesivo y de su posible localización en un cromosoma X. Como cada gen controla la producción de una proteína en particular, un gen anormal produciría una proteína anormal o bien una cantidad anormal de la misma, lo cual podría causar anomalías en el funcionamiento de la célula y, en definitiva, en la apariencia física o en las funciones corporales.

Genes no ligados al cromosoma X

Ejemplos de trastornos genéticos

Gen Dominante Recesivo
No vinculado al cromosoma X Síndrome de Marfan, enfermedad de Huntington Fibrosis quística, anemia drepanocítica
Vinculado al cromosoma X Raquitismo familiar, nefritis hereditaria Daltonismo, hemofilia
Herencia genética

Herencia de genes anormales recesivos
Algunas enfermedades tienen su origen en un gen anormal recesivo. Para que se transmita la enfermedad, el individuo afectado debe recibir dos genes enfermos, uno de cada progenitor. Si cada uno de los progenitores tiene un gen anormal y otro normal, no padecen el trastorno pero pueden transmitir el gen anormal a sus hijos. Cada hijo tiene un 25 por ciento de probabilidades de heredar dos genes anormales (y, por lo tanto, de desarrollar la enfermedad), un 25 por ciento de heredar dos genes normales y un 50 por ciento de heredar uno normal y otro anormal (lo que les convierte en portadores de la enfermedad; igual que sus padres).

El efecto (rasgo) de un gen anormal dominante en un cromosoma autosómico puede ser una deformidad, una enfermedad, o una tendencia a desarrollar ciertas enfermedades.

En general, los siguientes principios se aplican a la expresión de rasgos determinados por un gen dominante :

  • Los individuos con un rasgo determinado tienen como mínimo un progenitor con ese rasgo, a menos que éste sea producto de una nueva mutación.
  • Con frecuencia la causa de los rasgos genéticos anormales se debe más a nuevas mutaciones genéticas que a la herencia de los padres.
  • Cuando uno de los progenitores tiene un rasgo anormal que el otro no tiene, cada descendiente tendrá un 50 por ciento de probabilidades de heredarlo y un 50 por ciento de no hacerlo. Sin embargo, todos sus hijos lo tendrán si el progenitor con el rasgo anormal tiene dos copias del gen anormal, aunque esta circunstancia es muy poco frecuente.
  • Un individuo que no tiene el rasgo anormal no es portador del gen y, aunque sus hermanos sí lo tengan, no puede transmitirlo a su descendencia.
  • Tanto los varones como las mujeres tienen la misma probabilidad de resultar afectados.
  • La anomalía puede aparecer, y de hecho habitualmente lo hace, en todas las generaciones.

Los siguientes principios se aplican a rasgos determinados por un gen recesivo:

  • Prácticamente en todos los individuos con el rasgo se encontrará que ambos progenitores tienen el gen, aunque no tengan el rasgo.
  • Las mutaciones son responsables de la expresión del rasgo sólo en muy raras ocasiones.
  • Cuando uno de los progenitores posee el rasgo y el otro tiene un gen recesivo pero no tiene el rasgo, es probable que la mitad de sus hijos tenga el rasgo; los demás serán portadores con un gen recesivo. Si el progenitor sin el rasgo no tiene el gen recesivo anormal, ninguno de sus hijos tendrá el rasgo pero todos sus hijos heredarán un gen anormal que podrán transmitir a su descendencia.
  • Es probable que un individuo cuyos hermanos tengan el rasgo anormal sea portador de un gen anormal, aunque él mismo no tenga tal rasgo.
  • Tanto los varones como las mujeres tienen la misma probabilidad de resultar afectados.
  • En general la anormalidad no aparece en todas las generaciones, a menos que ambos progenitores tengan el rasgo.

Los genes dominantes que causan enfermedades graves son raros y tienden a desaparecer porque los portadores, con frecuencia, están demasiado enfermos para tener hijos. No obstante hay excepciones, como la corea de Huntington, que causa un grave deterioro de las funciones cerebrales y que comienza por lo general después de los 35 años. Debido a esta peculiaridad, la aparición de los síntomas puede ser posterior al nacimiento de los hijos.

Es importante tener en cuenta que los genes recesivos sólo se expresan visiblemente cuando se tienen dos de ellos. Un individuo con un gen recesivo no tiene el rasgo aunque sea portador del mismo y pueda transmitirlo a sus hijos.

Genes ligados al cromosoma X

La escasez de genes del cromosoma Y en los varones hace que los genes del cromosoma X (ligados al X o ligados al sexo), sean éstos dominantes o recesivos, estén casi siempre sin pareja y que por lo tanto se expresen. Pero en las mujeres, debido a que tienen dos cromosomas X, se aplican los mismos principios a los genes ligados al cromosoma X que a los genes de cromosomas autosómicos; es decir, a menos que los dos genes de un par sean recesivos, sólo se expresarán los genes dominantes.

En el caso de que un gen anormal ligado al cromosoma X sea dominante, los varones con esta afección transmitirán la anomalía a todas sus hijas pero a ninguno de sus hijos porque éstos reciben el cromosoma Y, que no posee el gen anormal. Por el contrario, las mujeres afectadas con un solo gen anormal transmitirán la anomalía a la mitad de sus hijos, tanto varones como mujeres.

Si un gen anormal ligado al cromosoma X es recesivo, casi todos los que posean el rasgo serán varones. Los varones sólo transmiten el gen anormal a sus hijas, las cuales se convierten en portadoras. En cambio, las madres portadoras no poseen el rasgo pero transmiten el gen a la mitad de sus hijos varones, que generalmente lo tendrán. Aunque ninguna de sus hijas tenga el rasgo, la mitad de ellas serán portadoras.

El daltonismo o incapacidad de percibir los colores rojo y verde, trastorno causado por un gen recesivo ligado al cromosoma X, afecta a un 10 por ciento de los varones pero es poco habitual entre las mujeres.

En los varones, el gen que provoca el daltonismo proviene de una madre con el mismo trastorno o que tiene una visión normal pero es portadora del gen que lo provoca. Por ello, nunca proviene del padre, que es quien proporciona el cromosoma Y. Es poco frecuente que las hijas de padres daltónicos tengan este trastorno, aunque siempre sean portadoras del gen del daltonismo.

Genes anormales recesivos vinculados al cromosoma X

Herencia de genes anormales recesivos vinculados al cromosoma X
Si un gen está ligado al cromosoma X, aparece en el cromosoma X y no en el cromosoma Y. La enfermedad resultante de un gen recesivo anormal ligado al cromosoma X se desarrolla por lo general en los varones, ya que éstos tienen un solo cromo-soma X. Las mujeres tienen dos cromosomas X; por lo tanto, reciben un gen normal en el segundo cromosoma X. Como el gen normal es dominante, las mujeres no desarrollan la enfermedad. Si el padre tiene un gen recesivo anormal en su cromosoma X y la madre tiene dos genes normales, todas sus hijas reciben un gen anormal y otro normal, haciéndolas portadoras. En cambio ninguno de los hijos varones recibe el gen anormal. Si la madre es portadora y el padre tiene el gen normal, cada hijo varón tiene un 50 por ciento de probabilidades de recibir el gen anormal de la madre. Cada hija tiene un 50 por ciento de probabilidades de recibir un gen anormal y otro normal (convirtiéndose en portadoras) o de recibir dos genes normales.

Herencia codominante

La herencia codominante se caracteriza por la expresión de ambos genes. En la anemia drepanocítica, por ejemplo, si el individuo tiene un gen normal y otro anormal, produce un pigmento normal y otro anómalo en los glóbulos rojos (hemoglobina).

Genes mitocondriales anormales

Dentro de cada una de las células se hallan las mitocondrias, minúsculas estructuras que proporcionan energía a la célula y que contienen un cromosoma circular. Varias enfermedades poco frecuentes se deben a la transmisión de genes anormales que contiene dicho cromosoma mitocondrial.

Cuando un óvulo es fertilizado, sólo las mitocondrias del óvulo forman parte del feto en desarrollo, por lo que todas las mitocondrias del esperma son eliminadas.

En consecuencia, las enfermedades causadas por los genes mitocondriales anormales se transmiten por la madre; el padre no puede transmitirlas aunque tenga genes mitocondriales anormales.

Genes que provocan cáncer

Las células cancerígenas pueden contener oncogenes, o sea, genes que provocan el cáncer (genes tumorales). En ocasiones se trata de versiones anormales de los genes responsables del crecimiento y del desarrollo que están presentes sólo en el feto y que en general se desactivan de forma permanente después del nacimiento. Si estos oncogenes se reactivan más adelante, en cualquier momento de la vida, pueden, como consecuencia, causar cáncer. Se desconoce la causa de la reactivación de estos oncogenes.

Tecnología genética

La detección de enfermedades genéticas, antes o después del nacimiento, se está perfeccionando gracias a los adelantos tecnológicos; el avance es especialmente rápido en el campo relacionado con el ADN.El Proyecto del genoma humano, actualmente en marcha, tiene por objetivo la identificación y el trazado del mapa de todos los genes de los cromosomas humanos. El genoma es el conjunto genético de un individuo. En cada locus de cada uno de los cromosomas se encuentra un gen y la función de un cierto locus, como el determinar el color de los ojos, es la misma en todos los individuos. Sin embargo, el gen específico que está en ese lugar varía y confiere a cada uno sus características individuales.

Diversos procedimientos se emplean para obtener las copias necesarias de un gen para su estudio. La clonación es el método que permite lograr reproducciones de un gen humano en el laboratorio. Habitualmente, el gen que se copia se une al ADN del interior de una bacteria y, cada vez que ésta se reproduce, realiza una copia exacta de todo su ADN, incluyendo el gen añadido. Como las bacterias se multiplican muy rápidamente, en poco tiempo se producen millones de copias del original.Otra técnica para copiar el ADN utiliza la reacción en cadena de la polimerasa (PCR). Un segmento específico de ADN que contiene un gen específico puede ser copiado (amplificado) más de 200 000 veces en el laboratorio, en cuestión de horas. El ADN de una sola célula es suficiente para iniciar una reacción en cadena de la polimerasa.

Para localizar un gen específico en un cromosoma determinado se utiliza una sonda de ADN, que es un gen clonado o copiado al que se agrega un átomo radiactivo. La sonda marcada selecciona un segmento de ADN complementario y se une a dicho segmento; la sonda en cuestión se puede detectar entonces mediante sofisticadas técnicas de fotografía. Con este procedimiento se diagnostica un buen número de enfermedades antes del nacimiento o después del mismo. En el futuro es probable que las sondas genéticas sean capaces de examinar a los individuos y detectar la presencia de enfermedades genéticas graves, aunque no todos los portadores del gen de una enfermedad la desarrollen.

Una técnica habitual para identificar el ADN es la prueba de Southern blot, que consiste en la extracción del ADN de la célula del individuo y su división en fragmentos exactos con una enzima denominada endonucleasa de restricción. Los fragmentos se separan en un gel por electroforesis, se colocan en un filtro de papel y se cubren con una sonda previamente marcada. La identificación del fragmento de ADN correspondiente se logra debido a que la sonda se une solamente a su imagen complementaria.

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