¿Qué es el cromosoma 1P?

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Respuesta del experto: Se refiere a un tipo de orgánulo que se puede observar al microscopio después de teñirlo con un tinte. En las bacterias, el cromosoma es una molécula de ADN bicatenaria, en bucle y desnuda. En los eucariotas, los cromosomas se encuentran en una estructura rígida durante la división celular. El número de cromosomas varía de una especie a otra, pero el número de cromosomas es fijo en cada especie. Los cromosomas son complejos formados por proteínas y moléculas lineales de ADN de doble cadena. Los genes nucleares de los eucariotas están ocultos en cada cromosoma, por lo que los cromosomas son los portadores de genes, es decir, los portadores de información genética. Todos los cromosomas de una célula contienen también toda la información genética del organismo.

■¿Qué es un gen?

La secuencia de nucleótidos que contiene información genética específica es la unidad funcional más pequeña del material genético. A excepción de algunos virus cuyos genes están compuestos de ácido ribonucleico (ARN), los genes de la mayoría de los organismos están compuestos de ácido desoxirribonucleico (ADN) y están dispuestos linealmente en los cromosomas. La palabra gen suele referirse a genes cromosómicos. En los eucariotas, debido a que los cromosomas están ubicados en el núcleo, también se les llama genes nucleares. Los genes ubicados en mitocondrias, cloroplastos y otros orgánulos se denominan genes extracromosómicos, genes extranucleares o genes citoplasmáticos. También pueden denominarse genes mitocondriales, genes de plásmidos y de cloroplastos respectivamente.

En una célula o individuo diploide normal, el número mínimo de cromosomas que pueden mantener la función normal de los gametos o gametofitos se denomina genoma o genoma, y ​​un genoma contiene un conjunto completo de genes. Todos los genes citoplasmáticos correspondientes constituyen un genoma citoplasmático, incluidos el genoma mitocondrial y el genoma del cloroplasto. El genoma de los procariotas es una molécula simple de ADN o ARN, por lo que también se le llama banda genética, generalmente llamada cromosoma.

La ubicación de un gen en un cromosoma se llama locus, y cada gen tiene su propio locus específico. Los genes que ocupan la misma posición en los cromosomas homólogos se denominan alelos. A menudo hay una mayoría de alelos (y, por lo tanto, a menudo se los considera normales) en poblaciones naturales, llamados genes de tipo salvaje, otros alelos en el mismo sitio generalmente se producen directa o indirectamente por mutaciones en el gen de tipo salvaje y se denominan salvajes; -genes de tipo en relación con el gen de tipo salvaje para genes mutantes. Hay dos cromosomas homólogos en una célula o individuo diploide, por lo que hay dos alelos en cada locus. Si los dos alelos son iguales, la célula o individuo se llama homocigoto para este locus genético; si los dos alelos son diferentes, se llama heterocigoto. En un heterocigoto, dos alelos diferentes a menudo expresan las características de un solo gen, que se denomina gen dominante, y el otro gen, que se denomina gen recesivo. A menudo hay más de dos alelos en poblaciones biológicas diploides, y más de dos alelos se denominan alelos múltiples. Sin embargo, algunos genes que se pensaba que pertenecían a múltiples alelos en los primeros días no eran en realidad alelos, sino varios genes con funciones estrechamente relacionadas y posiciones adyacentes, por lo que también se les llamó cuasi-alelos. La presencia de algunos alelos complejos con pequeñas diferencias en los efectos fenotípicos puede pasarse por alto fácilmente, mientras que varios alelos presentes en poblaciones silvestres pueden distinguirse mediante análisis genéticos especiales. Estos alelos complejos que son difíciles de distinguir en términos de rasgos se denominan homoalelos. Muchos de los genes que codifican isoenzimas también son isoalélicos.

Los genes pertenecientes a un mismo cromosoma forman un grupo de ligamiento (ver ligamiento y cruce). La ubicación de los genes en los cromosomas generalmente no puede reflejar la naturaleza y relación de sus funciones fisiológicas, pero su ubicación y disposición no son completamente aleatorias. En las bacterias, una serie de genes que codifican enzimas relacionadas con la misma vía biosintética a menudo se organizan juntos para formar un operón (ver Regulación genética; en diferentes organismos, como humanos, moscas de la fruta, ratones, etc., a menudo se encuentran varios genes relacionados); Los genes se organizan juntos para formar un complejo de genes o un grupo de genes o una serie cuasi alélica o un gen compuesto.

En Drosophila se ha descubierto la función, tipo y número de genes, y en E. coli hay alrededor de 1.000 genes. Aunque los rasgos determinados por los genes varían mucho, las funciones originales de muchos genes son esencialmente las mismas.

Función 1945 G.W. Biddle propuso una hipótesis gen-enzima a través de la investigación sobre Neurospora, creyendo que la función principal de un gen es determinar la estructura primaria de una proteína (es decir, codificar la secuencia de aminoácidos que la constituye). una cadena peptídica). Esta hipótesis fue completamente probada en la década de 1950.

A principios de los años 60, F. Jacob y J. Mono descubrieron los genes reguladores.

Los genes se dividen en genes estructurales y genes reguladores, centrándose en las funciones de las proteínas codificadas por estos genes: todos los genes que codifican proteínas como proteínas enzimáticas, hemoglobina, colágeno o cristalinas se denominan genes estructurales cualquier gen que codifique la inhibición o activación de estructuras; transcripción de genes Los genes de proteínas se denominan genes reguladores. Pero a juzgar por la función original de los genes, todos ellos codifican proteínas. Los genes se pueden dividir en: ① Genes que codifican proteínas según sus funciones originales (es decir, los productos de los genes). Incluye genes estructurales que codifican enzimas y proteínas estructurales y genes reguladores que codifican represores o activadores que actúan sobre genes estructurales. ② Genes sin productos de traducción. Los genes de transferencia del ácido ribonucleico (ARNt) y los genes del ácido nucleico ribosómico (ARNr) se transcriben en ARN y no se traducen en proteínas: ③ Fragmentos de ADN no traducidos. Por ejemplo, región de inicio, genes operativos, etc. El primero es el sitio donde la ARN polimerasa comienza a unirse al ADN durante la transcripción; el segundo es el sitio donde las proteínas represoras o activadoras se unen al ADN. Se ha descubierto que existen mutantes en Drosophila que afectan el proceso de desarrollo. Los genes que controlan la relación espaciotemporal incluyen genes de sincronización, genes de patrón, genes de selección, etc. (Ver Genética).

El tiempo de acción de cada gen en un organismo suele ser diferente. Algunos genes se transcriben antes de la replicación y se denominan genes tempranos; otros se transcriben después de la replicación y se denominan genes tardíos. Cuando una mutación en un gen cambia varios rasgos aparentemente no relacionados al mismo tiempo, se dice que el gen es pleiotrópico.

El número de genes en diferentes organismos varía mucho. Se ha confirmado que el fago de ARN MS2 tiene sólo tres genes, mientras que cada célula de mamífero tiene al menos 10.000 genes. Pero la mayoría de ellas son secuencias repetidas. Entre las secuencias no repetidas, se estima que no hay más de 654,38 millones de genes que codifican cadenas peptídicas. Además de los genes simplemente repetidos, existen muchos genes con estructuras y funciones similares, que a menudo están estrechamente relacionados para formar los llamados complejos de genes o familias de genes.

Interacción

Todos los fenotipos biológicos son expresiones de actividad proteica. En otras palabras, casi todos los rasgos biológicos son el resultado de interacciones genéticas. Las llamadas interacciones son generalmente de metabolitos y sólo en casos raros involucran productos directos de genes, es decir, interacciones entre proteínas.

Según la naturaleza de las interacciones no alélicas, las interacciones no alélicas se pueden resumir de la siguiente manera:

① Genes complementarios. Un determinado rasgo sólo aparecerá si coexisten varios no alelos, y una mutación en cualquiera de ellos conducirá al mismo rasgo mutante. Estos genes se denominan genes complementarios.

②Gen ectópico dominante. Cuando se juntan dos no alelos que afectan el mismo rasgo, el gen que puede expresar el rasgo se llama gen ectópico dominante o gen epistático.

③Acumula genes. Los genes en los que cada uno de varios no alelos tiene sólo un efecto parcial sobre el fenotipo del mismo rasgo se denominan genes aditivos o poligenes. Entre los genes acumulativos, cada gen tiene sólo una pequeña parte del efecto fenotípico, por lo que también se le llama gen de efecto menor. En comparación con los genes con efectos menores, los genes que determinan un determinado rasgo mediante un solo gen se denominan genes mayores.

④ Modificar genes. Un gen que puede tener o no algún efecto fenotípico, pero que coexiste con otro gen mutado, afecta el nivel de expresión del otro gen. Si tienen el mismo efecto fenotípico, son indistinguibles de los genes aditivos.

⑤Suprime genes. Cuando un gen sufre una mutación, el efecto fenotípico del otro gen mutado desaparece y se restablece el fenotipo de tipo salvaje. El primer gen se denomina supresor del segundo. Si el primer gen tuviera un efecto fenotípico, entonces no habría diferencia entre un gen supresor y un gen ectópicamente dominante.

⑥Regula los genes. Si un gen reprime o activa otro gen o genes, entonces el gen se llama gen regulador. Los genes reguladores funcionan controlando la transcripción de genes estructurales regulados. Los genes reguladores con represión son diferentes de los genes supresores porque un gen supresor actúa sobre un gen mutado y es en sí mismo un gen mutante, mientras que un gen regulador actúa sobre un gen de tipo salvaje y es en sí mismo un gen de tipo salvaje.

⑦Polígeno ligeramente efectivo. Hay tantos genes que afectan el mismo rasgo que sus tipos no pueden distinguirse claramente en la descendencia de un cruce. Estos genes se denominan colectivamente micropoligenes o poligenes.

⑧Genotipo de origen. En teoría, la función de cualquier gen puede verse afectada por otros genes de la misma célula. A excepción de los pocos genes que se están estudiando, todos los demás genes constituyen lo que se denomina genotipo de fondo o residual.

Interacción alélica 1932 H.J. Mahler Según la relación entre genes mutantes y alelos de tipo salvaje, se pueden dividir en genes ineficaces, genes subeficaces, genes supereficaces, nuevos genes eficaces y antieficaces. genes.

①Gen no válido. Un gen mutante que es incapaz de producir un fenotipo de tipo salvaje y está completamente inactivo. Generalmente, un gen nulo puede convertirse en un gen de tipo salvaje mediante mutación inversa.

② Subgen. Los efectos fenotípicos son esencialmente los mismos que los del gen mutante de tipo salvaje, pero no en la misma medida que los del gen mutante de tipo salvaje.

③Externo. Un gen mutado cuyos efectos fenotípicos exceden los del alelo de tipo salvaje.

④Nuevos genes. Un gen mutado que produce un nuevo rasgo que no se encuentra en el alelo natural.

⑤Gen negativo. Un gen mutado cuya función es opuesta a la del alelo de tipo salvaje.

⑥ Dominio mosaico. Para un determinado rasgo, un alelo afecta una parte del cuerpo y el otro alelo afecta a otra parte del cuerpo. El fenómeno en los híbridos donde ambas partes se ven afectadas se llama dominancia en mosaico.

La interacción entre genes y factores ambientales. La expresión de las funciones genéticas es inseparable de la influencia del entorno interno y externo. Entre un grupo de individuos con un gen específico, el porcentaje de individuos que muestran el rasgo de. el gen se llama entorno externo; en individuos con un gen específico y que expresa el rasgo, el grado de expresión del rasgo se llama grado de expresión. Tanto la penetrancia como la expresividad se ven afectadas por el entorno interno y externo.

El ambiente interno se refiere al sexo, la edad y el genotipo de fondo de un organismo.

①Género. El efecto del género sobre la función genética es en realidad el efecto de las hormonas sexuales sobre la función genética. Las hormonas sexuales están controladas por genes, por lo que esencialmente son el resultado de interacciones genéticas.

②Edad. La edad a la que cada gen manifiesta su fenotipo varía ampliamente en los humanos.

③Genotipo de fondo. Mediante la selección, se puede cambiar la penetrancia y la tasa de expresión de un determinado rasgo genético en cepas animales y vegetales, lo que indica que los efectos de ciertos genes a menudo se ven afectados por una serie de genes modificadores o genotipos de fondo.

El impacto de las diferencias de genotipo de fondo se puede minimizar en las siguientes tres situaciones: líneas puras obtenidas por alta endogamia; clones idénticos (incluidos clones de algunas plantas superiores y clones de microorganismos) y líneas celulares de animales superiores; ). El uso de estos sistemas como sistemas experimentales puede mostrar más claramente el impacto de los factores ambientales y explicar con mayor precisión el papel de un determinado gen. La aplicación del método de los gemelos en genética humana y la aplicación de organismos de linaje puro en genética y muchos estudios biológicos se basan en este principio.

Temperatura ambiente exterior ①. Los mutantes sensibles a la temperatura solo pueden exhibir características mutantes a ciertas temperaturas. Para los mutantes generales, la temperatura también tiene efectos diferentes en los genes. 2 nutrición. El color amarillo de la grasa de conejo depende del estado homocigoto del gen Y y de la presencia de luteína en el alimento. Si el alimento no contiene luteína, la grasa de los homocigotos yy no será amarilla. La función del gen Y aparentemente está relacionada con la asimilación de luteína.

Evolución En términos de contenido de ADN en las células, cuanto menor es el contenido biológico, mayor es el contenido biológico. En términos de número y tipo de genes, en términos generales, cuanto más bajos son los organismos, menos, y cuanto más altos son los organismos, menos. El aumento del contenido de ADN y del número de genes está estrechamente relacionado con la mejora gradual de las funciones fisiológicas.

El gen era originalmente un símbolo abstracto, pero luego resultó ser una unidad funcional genética que ocupaba una determinada posición en el cromosoma. El aislamiento de genes en el operón lactosa de E. coli y el logro de la transcripción in vitro demuestran además que los genes son entidades. Hoy en día, los genes pueden modificarse en un tubo de ensayo (ver tecnología del ADN recombinante) o incluso sintetizarse artificialmente. El estudio de la estructura, función, recombinación, mutación, regulación e interacción de la expresión genética de los genes siempre ha sido un tema central en la investigación genética.

■¿Qué es la terapia génica?

Después de comprender y utilizar con soltura los últimos avances en la unidad de biología genética, los genes, se ha dado un nuevo paso para que los científicos cambien el material genético de los pacientes para lograr el propósito de tratar y prevenir enfermedades. Un objetivo importante de la terapia génica es proporcionar a las células una copia sana del gen defectuoso. Este método es revolucionario: los médicos intentan cambiar el material genético de las células del paciente en lugar de utilizar medicamentos para tratar o controlar enfermedades genéticas y, en última instancia, logran el propósito fundamental de tratar la enfermedad del paciente.

Cientos de problemas de salud importantes se ven afectados por la función genética. En el futuro, la terapia génica podría utilizarse para tratar muchas de estas enfermedades. En teoría, también podría utilizarse para alterar células embrionarias (óvulos o semillas) para evitar que los defectos genéticos se transmitan a la siguiente generación.

Sin embargo, la posibilidad de la terapia génica en familias embrionarias se ve obstaculizada por difíciles cuestiones éticas, sociales y barreras técnicas.

La terapia génica también se utiliza como sistema de administración de fármacos. Para ello, se insertan genes en el ADN de las células del paciente que producen sustancias útiles. Por ejemplo, en cirugía vascular, los genes que producen factores anticoagulantes se pueden incrustar en el ADN de una familia de células de los vasos sanguíneos, lo que puede ayudar a prevenir la formación de coágulos sanguíneos. Muchas otras enfermedades pueden tratarse con este enfoque general para mejorar su fiabilidad.

A medida que los tratamientos médicos avanzan al nivel molecular, la terapia génica puede ahorrar tiempo y reducir el coste de la administración de medicamentos. Para recolectar grandes cantidades de productos de proteínas genéticas, purificar productos, sintetizar medicamentos y tratar a los pacientes, se acorta el tiempo y se reducen los procesos complicados.

Sin embargo, la terapia génica se encuentra todavía en una etapa muy nueva y altamente experimental. El número de ensayos aprobados fue pequeño y hoy en día sólo se trata a un puñado de pacientes.

Los pasos básicos de los experimentos actuales de terapia génica

En algunos experimentos actuales, se toman células de la sangre o de la médula ósea del paciente y se cultivan en condiciones experimentales que aceleran la reproducción. Luego, los genes deseados se insertan en las células con la ayuda del virus inactivo. Se seleccionan las células que han sido modificadas con éxito y se acelera su reproducción de regreso al cuerpo del paciente. Por otro lado, se pueden utilizar liposomas (partículas de grasa) o virus no funcionales para transferir genes directamente a las células de un paciente.

Requisitos básicos de la terapia génica

Potencial de la terapia génica

La terapia génica proporciona un nuevo paradigma para el tratamiento de enfermedades humanas. La terapia génica no cambia el fenotipo de la enfermedad mediante la interacción entre el agente y el producto genético o su propio producto genético. En cambio, teóricamente puede corregir genes específicos y avanzar hacia la cura de la enfermedad mediante un tratamiento simplificado. La terapia génica estaba originalmente dirigida al tratamiento de enfermedades genéticas, pero ahora se está estudiando en una amplia gama de enfermedades, incluido el cáncer, la enfermedad vascular periférica, la artritis, las enfermedades neurodegenerativas y otras enfermedades adquiridas.

Validación y clonación de genes

Aunque el alcance de las estrategias de terapia génica es bastante diverso, una terapia génica exitosa requiere ciertos elementos fundamentales clave. Uno de los factores más importantes es la necesidad de identificar genes asociados con la clonación. No fue hasta la finalización del Proyecto Genoma Humano que se explotó la disponibilidad de genes. Sin embargo, las estrategias de terapia génica sólo pueden implementarse después de que se hayan identificado y clonado los genes relevantes implicados en la enfermedad.

Transgenes y expresión génica

Una vez identificado y clonado un gen, el siguiente paso debe ser expresarlo. Los transgenes y la eficiencia de la expresión génica están a la vanguardia de la investigación en terapia génica. Recientemente, gran parte del debate en el campo de la terapia génica gira en torno a la transferencia del gen deseado a las células apropiadas y luego a la obtención de niveles de expresión satisfactorios para el tratamiento de la enfermedad. Se espera que este problema se resuelva en futuros experimentos importantes de terapia génica mediante la investigación de la expresión genética en transgenes y tejidos especiales. Otros conocimientos sobre las estrategias de terapia génica incluyen la comprensión completa de la patogénesis de la enfermedad objetivo, los posibles efectos secundarios de la terapia génica y la comprensión de las células objetivo que reciben la terapia génica.

Terminología:

Como ocurre con la mayoría de los campos, la terapia génica tiene su propia terminología y el significado de algunos de los términos más comunes se aclara a continuación.

Transgén in vitro:

Transferir material genético a células fuera del huésped. Las células con el material genético trasplantado se devuelven al huésped. Este término también se conoce como método indirecto de transgénesis.

Transgén in vivo:

El material genético se transfiere al interior de las células del cuerpo huésped. Esto también se conoce como enfoque directo de la modificación genética.

Terapia génica:

Transferir genes seleccionados al huésped con la esperanza de mejorar o curar la enfermedad.

Terapia celular (terapia genómica):

Transferir células intactas que no hayan sido modificadas genéticamente al cuerpo huésped, de modo que las células transferidas promuevan la integración con el huésped y mejoren su función. . esperanza.

Transformación de células somáticas:

La transferencia de genes a tejidos no germinales tiene el potencial de corregir el estado patológico del paciente.

Genes de la línea germinal:

Se espera que la transferencia de genes al tejido de la línea germinal (óvulos o embriones) cambie el genoma de la próxima generación.

Transgénicos:

En los experimentos de transgénicos se selecciona el gen de prueba. Por ejemplo, si trata a un paciente con fenilcetonuria, podría planear transferir la traducción correcta del gen de la fenilalanina hidroxilasa a las células del hígado.

En este ejemplo, la traducción correcta de fenilalanina hidroxilasa es transgénica.

Gen reportero:

Gen comúnmente utilizado para probar la eficiencia de la transformación genética. Algunos ejemplos son luceriferasa, -galactosa y enzima convertidora de cloramina y etileno.

Vector de transformación genética:

Mecanismo de transferencia de genes al interior de las células.

Tasa de conversión:

Se está expresando el porcentaje esperado del transgén.

La conexión y diferencia entre recombinación genética, mutación genética y variación cromosómica

La recombinación genética se refiere a la recombinación entre no alelos. Se puede producir una gran cantidad de tipos de mutaciones, pero sólo se producen nuevos genotipos, no nuevos genes. La base citológica de la recombinación genética es la primera división de la meiosis de las células sexuales, la combinación libre de cromosomas no homólogos y el intercambio cruzado de cromátidas de cromosomas homólogos cuando los cromosomas homólogos se dividen entre sí. La recombinación genética es la base teórica de la cría de híbridos.

La mutación genética se refiere a un cambio en la estructura molecular de un gen, es decir, un cambio en la secuencia de desoxinucleótidos del gen, que da como resultado un cambio en la información genética. La frecuencia de las mutaciones genéticas es muy baja, pero pueden producir nuevos genes, lo que es de gran importancia para la evolución de los organismos. La causa de la mutación genética es que se producen errores durante la replicación del ADN debido a la interferencia de factores internos y externos. Un ejemplo clásico es la anemia falciforme. La mutación genética es la base teórica de la reproducción por mutación.

La variación cromosómica se refiere a cambios en el número o estructura de los cromosomas. La atención se centra en los cambios en las cifras. Es importante comprender el concepto de genoma. No hay cromosomas ni alelos homólogos en un genoma, pero la información genética contenida en un genoma es un conjunto completo de información genética necesaria para el desarrollo individual, generalmente llamado genoma. En un organismo diploide, todos los cromosomas del gameto forman un genoma. Los individuos con un número par de cromosomas son generalmente fértiles, pero los individuos con un número impar de cromosomas, como los haploides y triploides, son muy estériles.