Gene
Genea DNAaren zati bat da (edo RNAaren zatia, hainbat birusen kasuan), kate polipeptidiko bat edo proteina bat sortzeko beharrezkoa den informazioa duena. DNA molekula zeluletako kromosometan dagoenez, geneak ere kromosometan daude. Horregatik, geneak herentziako informazioa duten unitate biologikoak direla ere esaten da, kromosometako leku finko batean daudenak (locus izeneko lekuetan). Espezie baten geneen multzoari genoma deritzo.
Historia
aldatuWilhelm Johannsen izan zen lehena gene hitza aipatzen, 1909an, Gregor Mendelek garatutako kontzeptuan oinarrituta. Haren arabera, genea herentziaren unitate diskretua da. Gene terminoaren etimologiari dagokionez, hitza grekotik eratorria da genesis (jaiotza) edo genos (jatorria); eta genetika hitza William Batesonek erabili zuen, 1905ean. Genearen kontzeptuak lehen aldiz proposatu zenetik gaur egunera arte bilakaera sakona izan du, eta, horren ondorioz, gene terminoaren definizio bat baino gehiago dago[1].
Terminoaren hasierako deskribapenen arabera, genea ezaugarri jakin bat zuzentzeko ahalmena duen faktorea da, eta ezaugarri horren heredagarritasuna bideratzen du. Mendelek erakutsi zuen landareak gurutzatutakoan, zenbait ezaugarri, hala nola ilarren kolorea edo forma, ez direla nahastuta agertzen ondorengoetan, horren ordez, entitate bereizgarri eta diskretu modura transmititzen direla ondorengoetara. Haren lanak honako hau ere erakutsi zuen: ezaugarrietan behatutako aldaketak faktore heredagarrien aldaketek sortzen zituztela (egun esango genukeen bezala, fenotipoa genotipoak sortzen duela). Hasierako genetistentzat, beraz, geneak entitate abstraktuak ziren, eta haien existentzia fenotipoak belaunaldiz belaunaldi transmititzen ziren eran islatuta geratzen zen (fenotipoa organismo batean behagarri den edozein ezaugarri da, hala nola haren nolakotasun morfologikoak, biokimikoak, fisiologikoak, garapena, portaera, etab; genotipoa, berriz, zelula edo indibiduo baten eduki genetikoa da, hots, indibiduoaren alelo-osaketa espezifikoa)[1].
Handik gutxira, Morgan eta bere ikasleak gai izan ziren geneak kromosometan linealki antolatuta zeudela azaldu eta lehen gene-mapa eraikitzeko[2]. Haientzat, geneak kromosometan, arrosario-bihien modukoak ziren. Bestalde, Beadle eta Tatumek, 1941ean, frogatu zuten gene espezifikoek proteina espezifikoak kodetzen dituztela, eta gene bat, entzima bat deritzon hipotesia zabaldu zuten. Honela, genearen ikuspuntu klasikoak zera dio: genea kromosometan lerrokatuta dagoen informazio heredagarriaren unitatea da, eta proteina bakarra kodetzen du[1].
Herentziak oinarri fisikoa eta molekularra duela Mullerrek 1927an frogatu zuen, X izpiek mutazioak sor ditzaketela frogatu baitzuen. Griffithek areagotu zuen ebidentzia bakterioen transformazioa aurkitzean, 1928an egiaztatu baitzuen Pneumococcus andui abirulentoa birulento bihur zitekeela Pneumococcus andui birulento hiletik zerbait hartuz[3]. Aurrerago frogatu zen DNAsa entzima substantzia zerbait hori suntsitzeko gai zela. 1955ean, Hershey eta Chasek ezarri zuten bakteriofagoek beren ondorengoei transmititzen zieten substantzia DNA zela, eta ez zirela proteinak[1][4].
DNAren egituraren aurkikuntza
aldatuWatsonek, Crickek eta Franklinek[5] 1953an, DNAren egitura tridimentsionala deskribatu zutenean argitu zen nola funtziona zezakeen DNA-molekulak herentzia-molekula gisa. Baseen arteko parekatze espezifikoak adierazten zuen nola kopiatu ahal den informazio genetikoa, eta bi harizpien existentziak argitzen zuen erreplikazioan gerta daitezkeen akatsek nola ekar dezaketen mutazioa DNA-molekularen kopia ume batera[1][6].
1960tik aurrera biologia molekularrak garapen azkarra izan zuen eta, honekin batera, baita gene-adierazpenari buruzko ezagutzak ere. Francis Crickek, 1958an, gene-adierazpenean gertatzen den informazioaren fluxua honela laburbildu zuen: azido nukleikoetatik proteinetara (dogma zentralaren hasiera-puntua). Honek zera laburbildu nahi du: proteinak kodetzen dituzten DNA-sekuentzietatik hasita, RNA transkribatua kopiatu eta itzulia da aminoazido-sekuentzia batera, kode genetikoa erabiliaz[7]. Dena den, segituan agertu ziren salbuespenak, zenbait genek ez dute eta proteinarik kodetzen, RNA-molekula funtzionalak baizik, rRNA eta tRNA barnean harturik. Honetaz gain, RNA-birustan geneak RNAz daude eginak. 1960. hamarkadan garatutako genearen ikuspuntu molekularra honela laburbildu daiteke: genea kode bat da, azido nukleikoetan dagoena eta produktu funtzional bat ematen duena[1].
Sekuentziazioak
aldatu1970ean izandako klonazio- eta sekuentziazio-tekniken garapenek, gene-kodearen ezaguerarekin batera, biologia molekularraren eremua irauli zuten, eta geneen antolaketa eta adierazpenari buruzko informazio ugaria eman zuten. Sekuentziatutako lehen genea MS2 bakteriofagoarena izan zen, zeina guztiz sekuentziatutako lehen organismoa ere izan baitzen[8]. Orduz geroztik, organismo ugariren genomak sekuentziatu dira. Honela, genearen definizioa egun, hots, Giza Genomaren Sekuentziazio Proiektuaren ondokoa, sekuentziaren ikuspuntuan oinarritzen da: sekuentzia genomikoaren eskualde kokagarri bat da, herentzia-unitateari dagokiona, zeina erlazionatuta baitago eskualde erregulatzaileekin, eskualde transkribatuekin eta/edo beste sekuentzia-eskualde funtzionalekin[9][1].
Laburbilduz, genearen kontzeptua biziki aldatu da. Jatorriz, herentziaren unitatea izan zena, orain DNAn oinarritutako unitate bihurtu da, zeinak RNAren edo proteina-produktuen bidez eragina baitu organismoan. Lehenago, onartuta zegoen baita gene bakoitzak proteina bana ekoizten zuela ere; baina kontzeptu hori gaindituta dago, aukerazko splicinga eta trans-splicinga aurkitu zirenetik[1].
Gaur egungo definizioan aldaketak
aldatuEta genearen definizioa aldatzen ari da orain ere. RNAn oinarritutako herentzia zabalki ezaguna da. Gene jakin baten eskualde erregulatzaileek ez dute sekuentzia kodetzailearekiko hurbil egon beharrik, ez DNA-molekula linealean ezta kromosoma berean ere; baieztapen honek dioena argitzen duten frogak asko dira egun. Geneak guztiz mugatuak daudelako kontzeptua ere ezabatua izan da. Ikusi da proteina bana ekoizten duten ondoz ondoko bi geneek proteina fusionatuak ere sor ditzaketela. Gene fusionatuen aurkikuntza baino berritzaileagoa da ondokoa: zenbaitetan, proteina jakin bat osatzen duten exoiak urrutiko eskualdetan kokaturik daude, are gehiago, kromosoma desberdinetan ere egon daitezke[1].
Datu berri horiek guztiek genearen definizio eguneratuagoa eta ausartagoa eskatzen dute: DNA-molekulan dagoen locus espezifikoaren ikuspegitik hasita, gene-produktu funtzioaren ikuspegia ekarriko lukeena. Hala nola Gersteinek eta kideek 2007an proposatutakoa[10]: potentzialki gainezarritako produktu funtzionalen taldea kodetzen duen sekuentzia genomikoen bilduma da. Definizio honetan molekula-produktu funtzionalak bai RNA zein proteinak dira, eta sekuentzia genomikoa DNA zein RNA da. Are gehiago, sekuentzia genomikoen bildumak aparte uzten ditu DNAn dauden elementu erregulatzaile guztiak, geneei asoziaturiko eskualde gisa ezagutzen direnak, hain zuzen ere[1].
Denboran zehar kontzeptualki aldatu ez dena zera da, genotipoak fenotipoa zuzentzen duela, eta maila molekularrean horren esanahia hauxe da: DNAren sekuentziek molekula funtzionalen sekuentziak zuzentzen dituztela. Kasu sinpleenean, DNA-sekuentzia batek proteina bakarra edo RNA bakarra kodetzen du. Baina kasu orokor gehienetan, produktuak sortzeko era askotan konbina daitezkeen sekuentzia-moduluek osatzen dute genea[1].
Zehazki hitz eginda, egun onartuta dago indibiduo baten fenotipoa ondoko faktoreen eragin-trukeak determinatzen duela: heredatutako genotipoa, transmititutako faktore epigenetikoak eta ingurumenaren aldakuntza heredaezinak[1].
Ezaugarriak
aldatuSexu bidez ugaltzen diren izakiek (animalia eta landare gehienek) kromosoma homologoak dituzte (pare bat) haien zelula somatikoetan (gametoetan ez). Kromosoma homologoetako bat aitarengandik eta bestea amarengandik jasotzen dituzte. Kromosoma homologoetako pare bakoitzak gene baten bi kopia ditu, bana kromosomako. Karaktere biologiko bera erabakitzen duen gene pare horri alelo deritzo.
Karaktere biologiko bat erabakitzen duten bi gene horiek (aleloak) informazio bera baldin badute organismoa homozigotoa da gene horrekiko; bi gene horiek informazio desberdina badute, aldiz, organismoa heterozigotoa izango da.
Era berean, aleloetako gene bat besteari gailentzen bazaio (alegia, duen informazio genetikoa ondorengoen fenotipoan agertzen bada gehienetan) gene horri gainartzailea deritzo. Beste geneari, berriz, gene azpirakor esaten zaio (gene horrek duen informazio genetikoa ez da adierazten -gehienetan- ondorengon fenotipoan).
Bestalde, jakina da zelula eukariotoetan gene askok ezertarako balio ez duten zatiak dituztela (introiak). Hots, introi horietan dagoen informazio genetikoak ez du parte hartzen proteinen sintesian. Aldiz, informazio genetiko baliagarria duten geneen zatiei (proteinen sintesian parte hartzen dutenei) exoi deritze. Introiak eta exoiak tartekatu egiten dira DNAren molekulan. Introiei ere DNA zaborra deitzen zaie.
Gene bat-proteina bat
aldatuGeneek entzimen eta proteinen sorrera eragiten dute. Edo zehatzago esanda, kate polipeptidikoak osatzeko informazioa dute (proteina batzuen sintesian -proteina konplexuetan- gene ezberdinek parte hartu baitezakete, gene bakoitzak kate polipeptidiko baten sintesia zuzenduz)
Gene batzuek ez dute proteinen sintesia kontrolatzen, RNA erribosomikoa (RNA-r) edo transferentziako RNA (RNA-t)-ren sintesia baizik.
George Beadle genetistak, 1945ean, lehenbizikoz lotu zituen geneak eta proteinak. Bere ustez, geneak heredagarriak diren eta proteinen sintesia kontrolatzen duten unitateak ziren. Beadlek oraindik ez zekien geneak DNAren zatiak zirenik, DNAren molekularen egitura geroago aurkitu baitzen (1953an).
Gaur egun badakigu geneen informazio genetikoa (DNAn dagoena) zelula nukleoan RNAm-ra pasatzen dela transkripzio izeneko prozesuan. Geroago, sortutako RNAm hori zitoplasmara abiatzen da, eta erribosometan proteinak sortzen ditu itzulpen deritzon prozesuan.
Operoiak
aldatuOrganismo eukariotoengan proteinen sintesia eta geneen adierazpena kontrolatuta dago. Organismoaren beharrak erabakitzen du transkripzioa eta itzulpena noiz egin. Gene baten jarduera aktibatuta edo blokeatuta egon daiteke beste gene batzuen partez.
Geneen erregulazioa ikertu zuten estreinakoz F. Jacob-ek eta J. Monod-ek 1961ean Escherichia coli bakterioarekin, operoi kontzeptu berria sartuz.
Bi ikerlari horiek agerian jarri zuten gene askok ez dutela etengabe transkripzioa burutzen; soilik burutuko dute zelulak gene horiek kodetzen dituzten proteinak behar dituenean. Adibidez, laktosa azukrea metabolizatzen dituzten proteinak (entzimak) sintetizatuak izango dira soilik azukre hori zelularen ingurugiroan dagoenean. Jacob-ek eta Monod-ek fenomeno horren atzean dagoen egiturari operoia deitu zioten.
Operoia aldamenean dauden eta batera transkribitzen diren geneen multzoa da, RNA-m bat sortzen dutenak.
Organismo batzuen gene kopuruak
aldatu| Organismoa | Gene kopurua | base pareak |
|---|---|---|
| Landareak | <50000 | <1011 |
| Gizakiak | 23000 | 3 × 109 |
| Euliak | 12000 | 1,6 × 108 |
| Onddoak | 6000 | 1,3 × 107 |
| Bakterioak | 500-6000 | 5 × 105 - 107 |
| Mycoplasma genitalium | 500 | 580.000 |
| DNA birusak | 10-300 | 5.000 - 800.000 |
| RNA birusak | 1-25 | 1.000 - 23.000 |
| Biroideak | 0-1 | ~500 |
| Prioiak | 0 | 0 |
Erreferentziak
aldatu- ↑ a b c d e f g h i j k l Estonba, Andone. «Gene» ZT Hiztegi Berria (Noiz kontsultatua: 2019-06-03).
- ↑ (Ingelesez) Morgan, Thomas Hunt. (1915). The Mechanism of Mendelian Heredity. H. Holt (Noiz kontsultatua: 2019-06-03).
- ↑ (Ingelesez) Griffith, Fred. (1928-1). «The Significance of Pneumococcal Types» Journal of Hygiene 27 (02): 113–159. doi:. ISSN 0022-1724. (Noiz kontsultatua: 2019-06-03).[Betiko hautsitako esteka]
- ↑ (Ingelesez) Chase, Martha; Hershey, A. D.. (1952-09-20). «Independent Functions of Viral Protein and Nucleic Acid in Growth of Bacteriophage» The Journal of General Physiology 36 (1): 39–56. doi:. ISSN 0022-1295. PMID 12981234. (Noiz kontsultatua: 2019-06-03).
- ↑ «Rosalind Franklin: zientzialari deuseztatua - Zientzia.eus» zientzia.eus (Noiz kontsultatua: 2019-06-03).
- ↑ «DNAren egiturak mende-erdia - Zientzia.eus» zientzia.eus (Noiz kontsultatua: 2019-06-03).
- ↑ (Ingelesez) Nirenberg, M.; Leder, P.; Bernfield, M.; Brimacombe, R.; Trupin, J.; Rottman, F.; O'Neal, C.. (1965-05-01). «RNA codewords and protein synthesis, VII. On the general nature of the RNA code.» Proceedings of the National Academy of Sciences 53 (5): 1161–1168. doi:. ISSN 0027-8424. (Noiz kontsultatua: 2019-06-03).
- ↑ (Ingelesez) Ysebaert, M.; Volckaert, G.; Berghe, A. Van den; Raeymaekers, A.; Molemans, F.; W. Min Jou; Merregaert, J.; Iserentant, D. et al.. (1976-04). «Complete nucleotide sequence of bacteriophage MS2 RNA: primary and secondary structure of the replicase gene» Nature 260 (5551): 500–507. doi:. ISSN 1476-4687. (Noiz kontsultatua: 2019-06-03).
- ↑ Pearson, Helen. (2006-05-25). «Genetics: what is a gene?» Nature 441 (7092): 398–401. doi:. ISSN 1476-4687. PMID 16724031. (Noiz kontsultatua: 2019-06-03).
- ↑ Gerstein, Mark B.; Bruce, Can; Rozowsky, Joel S.; Zheng, Deyou; Du, Jiang; Korbel, Jan O.; Emanuelsson, Olof; Zhang, Zhengdong D. et al.. (2007-6). «What is a gene, post-ENCODE? History and updated definition» Genome Research 17 (6): 669–681. doi:. ISSN 1088-9051. PMID 17567988. (Noiz kontsultatua: 2019-06-03).
