hay un intercambio muy confuso en a través del espejo de Lewis Carroll:
«Cuando uso una palabra», dijo Humpty Dumpty, en un tono más bien desdeñoso, «significa justo lo que elijo que signifique, ni más ni menos.»
cuando las personas usan la palabra «gen», también es importante saber qué pretenden que signifique. El significado puede depender de si uno está hablando de llevar un gen, expresar un gen, transferir un gen o discutir cuántos genes tenemos.,
una razón por la que la definición es tan confusa es que el término fue acuñado en 1909, antes de que realmente supiéramos lo que era un gen. Y los efectos de los genes – características heredadas – se observaron antes de que entendiéramos los genes.
a medida que nuestro conocimiento ha avanzado, la definición de la palabra gen ha evolucionado; y con toda la información del nuevo proyecto ENCODE, la definición necesita actualizarse nuevamente. Para un excelente resumen académico de la definición actual, vea el artículo y póster recientes en la revista Genome Research.,
La base molecular de la herencia
El monje austriaco Gregor Mendel llevó a cabo la primera genética en la década de 1860 y demostró que las características eran hereditarias.
siempre hemos sabido que las semillas de guisantes crecen en plantas de guisantes, no en canguros. Además, las plantas con flores rojas generalmente tienen descendientes que tienen flores rojas: los niños se parecen a sus padres.
Mendel mostró que cruzar un guisante rojo con un guisante blanco podría dar lugar a guisantes que no eran rosados, sino blancos o rojos.,
a veces perdemos este punto porque todos tenemos características de nuestros dos padres, y muchas características parecen mezclarse. Pero Mendel mostró que distintas características podrían heredarse intactas y podemos pensar en ellas como si cada una estuviera codificada por un gen.
Pero Mendel nunca usó la palabra «gene». Tampoco Darwin. La palabra gen fue utilizada por primera vez en 1909 por el botánico danés Wilhelm Johnannsen para referirse a «determinantes que están presentes many se especifican muchas características del organismo».
Más tarde se descubrió que, cualquiera que fuera el material que llevaba estas características, era lineal, como una cadena. En 1915, el genetista estadounidense Thomas Morgan descubrió que algunos genes tendían a ser co-heredados (las moscas podían co-heredar alas cortas y ojos rojos juntos de un padre, más a menudo que alas cortas y patas cortas).
él dedujo que esto podría significar que ciertos genes estaban muy juntos, como las cuentas en una cuerda.
nació la idea de que el material genético era lineal. Pero aún no sabíamos lo que era.,
en la década de 1940 el médico estadounidense Oswald Avery demostró que una enzima que mastica el ADN, la DNasa, podría destruir genes.
finalmente supimos que el material genético era ADN.
en 1953 James Watson y Francis Crick, junto con Maurice Wilkins, usando datos de Rosalind Franklin, mostraron que el ADN se encontró en forma de doble hélice. El hecho de que fuera doble, con dos líneas coincidentes, sugería cómo podría replicarse.
Primeras definiciones de un gen
Pero, ¿qué era precisamente un gen?, Crick explicó cómo el ADN podría ser » transcrito «en ARN (ácido ribonucleico) y el ARN podría ser» traducido » en proteína. Piense en una proteína como una herramienta biológica que hace algo, es decir, la hemoglobina que transporta oxígeno en la sangre.
esto nos dio nuestra primera definición sólida:
un gen es un tramo de ADN que codifica una pieza de ARN que codifica una cadena de proteína.
Los detalles técnicos son complejos, pero vamos a imaginar cómo se puede hacer un hacha de metal, o muchos ejes.,
Imagine un segmento de ADN agrupado en la forma precisa de una cabeza de hacha. Considere que el ARN se anida y forma la impresión de una cabeza de hacha, por lo que ahora es como un molde o molde.
el ARN sale de la sala de almacenamiento de ADN-el núcleo-y viertes hierro fundido. Se endurece y sale una cabeza de hacha. Tendrías otro molde para el mango de metal.
la cabeza del hacha y el mango luego rebotan en la celda, se encuentran y se autoensamblan., Las modificaciones post-traduccionales, similares al afilado, se pueden hacer por otras máquinas en la célula.
si moldeamos muchos ejes, entonces decimos que el gen se expresa en niveles altos; si hay pocos o ningún eje, el gen se expresa en un nivel bajo, o es silencioso.
Podemos hacer uso de la analogía axe de otra manera. Una definición de un gen es una región que hace una herramienta de proteína. Pero hay muchos genes de ADN que producen ARN y el proceso se detiene allí.,
del mismo modo, el ARN para una cabeza de hacha-o una similar – podría ser un soporte perfecto para un hacha: no necesita Continuar para hacer el hacha en sí.
Este gen produciría lo que se llama un «ARN no codificante», un ARN que tiene una función en sí mismo y no necesita codificar una proteína.
Las primeras formas de vida probablemente usaron ARN y sobrevivieron sin proteínas o ADN. Nuestras herramientas celulares más antiguas-ARNt y ARNr – que trabajan en la línea de ensamblaje, haciendo proteínas, nunca se traducen en proteínas.,
lo más interesante es que el trabajo reciente, como el proyecto ENCODE, sugiere que hemos subestimado el número de ARN no codificantes. Un problema, sin embargo, es que también parece haber ARN de ruido que probablemente hace poco daño, pero tampoco es bueno, por lo que no todos los ARN serán funcionales. No todos los segmentos de ADN que codifican un ARN son un gen.
en esta etapa es importante señalar que, no hay moldes reales o hierro fundido, sino cadenas de bloques similares a Lego de diferentes formas. Una sección de los bloques de ADN se lee en bloques de ARN.,
los bloques de ARN se leen en 20 bloques de construcción de proteínas diferentes que se pliegan de acuerdo a su forma para hacer, en este caso, un mango de hacha tal vez.
el hacha en realidad no se parece al ADN o al ARN en su forma; la secuencia de bloques de Lego está dictada por la secuencia en el ADN, a través de un código especial llamado código genético.
una definición por fin
pero ahora tenemos una definición para un gen:
Los Genes son tramos de ADN que tienen el potencial de crear una herramienta o una característica, como el color rojo en la flor del guisante.,
El resultado se llama el «fenotipo», y nuestro» genotipo » (nuestro material genético) más los insumos ambientales crean nuestro fenotipo. La organización de nomenclatura del genoma humano define un gen como «un segmento de ADN que contribuye al fenotipo / función».
un gen es una sección lineal del ADN – de un cromosoma-que contribuye alguna función al organismo. Hay muchos genes en cada cromosoma humano – miles.
También hay regiones espaciadoras entre los genes e incluso dentro de los genes (intrones) que pueden o no hacer nada.
algunos lo hacen: la región de control principal del gen (el promotor) se encuentra justo arriba o alrededor del punto de inicio del gen; pero también hay elementos potenciadores y silenciadores que se pueden posicionar a distancias muy grandes a lo largo del cromosoma y regular el nivel de expresión.
no está claro si incluir o no las regiones de control como parte del gen., Estrictamente hablando, el gen suele ser solo la «parte codificante» – el molde-pero las mutaciones en las regiones de control pueden ser tan dañinas como las del propio molde.
así que una buena definición de un gen es toda la región del ADN que es necesaria para la síntesis de un ARN funcional o proteína.
Al principio, se pensaba que cada gen producía una herramienta de proteína, pero podemos usar nuestra analogía del hacha para explicar cómo un gen puede producir más de una proteína o herramienta.,
el gen del mango del hacha podría ser «empalmado», un proceso en el que se cortan bits de la transcripción del ARN antes de que se traduzca en proteína. De esta manera podríamos producir un mango corto para hacer un hacha de hacha o tomahawk en lugar de un hacha de tamaño completo.
la cantidad de empalme alternativo en los seres humanos es extensa y, por lo general, se fabrican varios productos genéticos de cada gen.
La definición post-codificación sugerida de un gen es:
una unión de secuencias genómicas que codifican un conjunto coherente de productos funcionales potencialmente superpuestos.,
¿por qué habríamos desarrollado un gen para el cáncer?
ahora también podemos explicar lo que significa para una planta portar el gen de las flores rojas: puede significar que la planta tiene un tramo de ADN que codifica una enzima (una herramienta de proteína que cataliza las reacciones químicas) para producir un pigmento de color rojo.
pero ¿hay un gen para las flores blancas? Puede haber un error en el gen de la flor roja para que la enzima ya no funcione, por lo que las flores no tienen color.,
esto también explica la confusión entre describir el gen en términos de la herramienta que hace o el efecto final de esa herramienta.
¿Qué significa llevar el gen del cáncer de mama? No significa que un gen especial haya evolucionado y esté presente con la función de causar cáncer de mama.
significa que un gen involucrado en la limitación de la duplicación celular en el tejido mamario o en el mantenimiento del ADN está mutado y ya no funciona. Así que la probabilidad de que un cáncer crezca aumenta. El gen predispone al portador al cáncer-no lo causa.,
el gen de la hemofilia no está ahí para causar sangrado: es un gen que, cuando está mutado, resulta en un factor de coagulación defectuoso y el resultado es sangrado.
Hay varios genes para el cáncer de mama y hay dos genes comunes para la hemofilia. Así como mutar el gen de la cabeza del hacha o el gen del mango del hacha causaría que el hacha fallara, muchas proteínas biológicas trabajan juntas o en vías, y romper cualquier eslabón de la cadena puede tener resultados graves.,
lo más confuso es que el» gen del cáncer de mama » puede tener una relación muy indirecta con la biología de la mama.
si las personas fueran planetas y uno tuviera una mutación en su gen del mango del hacha, un biólogo molecular observaría que no había ejes funcionales en el planeta, pero un genetista habría notado primero que el mundo estaba cubierto de árboles.
el gen no se llamaría el gen axe, pero primero se notaría como el gen para hacer bosques., Sería sólo después de que alguien pudiera asignar el génica, clonación y averiguar lo que es codificada y cómo su producto funcionaba.
¿cuántos genes tenemos?
todavía no sabemos con certeza cuántos genes tenemos. Un famoso sorteo se llevó a cabo Cuando el genoma humano – todo nuestro ADN – fue secuenciado por primera vez, y las estimaciones eran tan altas como 100,000. Pero ahora pensamos que el número es mucho menor.
uno puede detectar muchos genes por computadora ya que tienen ciertas características clave: se lee un ARN de ellos y el código genético se traduce en una proteína de longitud razonable., Pero es difícil identificar genes cortos y genes funcionales de ARN no codificantes.
probablemente hay alrededor de 20.000 genes que codifican proteínas y tal vez otros tantos que codifican ARN funcionales. No sabemos el número exacto porque es muy difícil estar seguro de qué segmentos de ADN se leen en los productos funcionales. No lo sabremos a menos que estén mutados.,
y ese es un experimento que nadie hará en humanos, aunque, a medida que aumenta nuestra información sobre las poblaciones humanas existentes y otras especies, estamos seguros de mejorar nuestro conocimiento del vasto país de las maravillas genómicas y descubrir nuevos genes que no sabíamos que estaban allí.
