Biomedyczne podstawy rozwoju wykład 6.12.2010
Genetyczne uwarunkowania zaburzeń rozwoju, podstawy genetyki.
Czynniki wewnętrzne i zewnętrzne wpływają na to, jaki człowiek jest.
Genetyka człowieka – jest nauką o biologicznej zmienności u człowieka, obejmującą zarówno stan fizjologii jak i patologię. Wszystkie procesy biologiczne w organizmie człowieka kontrolowane są przez geny. Wiele z nich są przez geny determinowane.
G. Mendel przedstawił i opublikował swoje prace w 1865 roku, znacznie jego odkryć potwierdzono dopiero na początku XX wieku. Kliniczne zastosowanie wiedzy genetycznej nastąpiło, przede wszystkim, w ciągu ostatnich 50 lat. Sformułował Prawa Mendla. Jednak dopiero koło 1908 roku je odkryto, co spowodowało rozwój genetyki i jej początek.
1836 – Schleiden i Schwann wprowadzili pojęcie komórki – podstawowej żywej jednostki
1868 – Haeckel wysunął koncepcję, że za dziedziczenie odpowiedzialne jest jądro komórkowe
1882 – Flemming zidentyfikował chromosomy w obrębie jądra
1903 – Sutton i Boven odkryli, że geny znajdują się w chromosomach
1944 – Avery, MacLeod i Mc Carty dowiedli, że dziedzicząca się informacja zawarta jest w kwasie nukleinowym
1953 - Watson i Crick odkryli budowę DNA – podwójna spirala.
Łańcuch zdarzeń w genetyce:
1952 – radiogram krystalicznej struktury DNA – R. Franklin
1953 – odkrycie struktury DNA- Watson i Crick
1961 – odkrycie kodu genetycznego – Nirenberg i inni
1969 – izolacja pierwszego genu – Harvard Med. Sci.
1973 – pierwszy sukces inżynierii genetycznej (insercja genu do bakterii)
1978 – sklonowanie genu insuliny
1980 – skonstruowano pierwszą transgeniczną mysz
1982 – zgoda (FDA- ….Drag Administration) na wprowadzenie na rynek rekombinowanego (uzyskanego przez kombinacje genetyczne) leku – insuliny.
1983 – metoda amplifikacji (powielania) DNA – K. Mullis. Dzisiaj wykorzystywane np. przy kryminologii, przy identyfikacji sprawcy przestępstwa pozostawionego przez niego DNA
1986 – pierwsza rekombinowana szczepionka WZW B
1989 – pierwszy test genetyczny (preimplantacyjne określenie płci)
1990 – Pogram Sekwencjonowania Genomu Człowieka (HUGO)
1997 – sklonowana owca Dolly
1999 – pierwszy przypadek zgonu w wyniku terapii genowej
2000 – zsekwencjonowanie genomu człowieka
2002 – pierwsze sklonowanie człowieka (??)
Genetyka medyczna – „…to ta część medycyny, która jest determinowana genetycznie, i ta część genetyki która dotyczy medycyny…” – V. McKusick
DNA zawiera informacje o syntezie białek
Komórki potrzebują:
Instrukcji, by odpowiednio regulować produkcję białek
zdolności do przekazania tej informacji komórce potomnej podczas podziału
Spełnienie tych warunków jest możliwe dzięki obecności podwójnej helisy DNA, która zawiera dwie nici Dna połączone słabymi wiązaniami chemicznymi.
Budowa DNA
Cząsteczka DNA zbudowana jest z trzech elementów:
Zasad
Cukrów
Fosforanów – źródła energii
Składniki te połączone są trzema rodzajami wiązań:
Konwalencyjnymi
Wodorowymi
Estrowymi
Składoweczątki DNA:
Zasada + cukier = nukleozyd
Zasada + cukier + fosforan = nukleotyd
Zasady – pirymidynowe (TC) purynowe (AG)
Nukleotydy łączą się – CG i AT
Chromatyna – całkowita długość wszystkich nici Dna w pojedynczej komórce wynosi około 2 metrów, co mieści się w jądrze komórkowym, co mieści się w jądrze komórkowym o średnicy zaledwie kilku mikrometrów. Jest to możliwe, dzięki istnieniu kompleksu nuklopreteinowego – chromatyny.
Chromosomy – podczas podziału komórki chromatyna ulega stopniowej kondensacji do postaci chromosomów. Można je oglądać w mikroskopie świetlnym.
Kariotyp – każdy gatunek ma specyficzną liczbę charakterystyczny układ chromosomów, zwany kariotypem. Komórka ludzka zawiera 46 chromosomów. Dwa z nich są chromosomami płci (dwa chromosomy X u kobiet oraz chromosomy X i Y u mężczyzn, a pozostałe 44 autosomami (22 pary oznaczone liczbami od 1 do 22).
Replikacja DNA – każda z nici DNA służy jako matryca do syntezy NOWEJ komplementarnej nici.
Replikacja DNA jest semikonserwatywna, co oznacza, że w nowej cząsteczce jedna nić pochodzi ze starej cząsteczki, czyli jest zachowana („konserwowana”).
Replikacja powoduje odtworzenie nici dna z komórki macierzystej, potem w procesie transkrypcji przepisywane jest na rna, a z rna przepisywane jest na białko – translacja.
Ekspresja genów wyraża się produkcją białka. Gen jest sekwencją DNA kodującą pojedynczy polipeptyd. Gen odpowiada za produkcję polipeptydu.
Transkrypcja – synteza mRNA (m – Messenger – przekaźnikowego) z wykorzystanie informacji zawartej w DNA
Translacja – to wykorzystanie tej informacji do syntezy białka. Translate – tłumaczyć. Zapis musi być przetłumaczony.
Ekspresja genu odejmuje transkrypcję fragmentu DNA do RNA oraz translację RNA na polipeptyd.
Kod genetyczny – każdy z 20 aminokwasów jest kodowany przez trójkę nukleotydów- zasad (tryplet), tzw. Kodon.
Jako że występują 4 różne zasady liczba możliwych kodonów wynosi 4x4x4=64.
Wynika z tego że pojedynczy aminokwas może być kodowany przez więcej aniżeli jeden kodon.
Kod genetyczny – jest taki sam dla wszystkich organizmów żyjących na Ziemi. Sekwencja nukleotydów określa rodzaj i kolejność aminokwasów w białkach.
64 tryplety kodują 20 aminokwasów.
W DNA – e jego sekwencji nukleotydów – zakodowana jest informacja o strukturze i rodzaju białek, różnych rodzajach RNA oraz o właściwościach regulacyjnych genów.
Przekazywanie genów
Wszystkie komórki organizmu z wyjątkiem komórek rozrodczych nazywamy komórkami somatycznymi. Każda komórka zawiera 23 pary chromosomów.
22 pary autosomów
23-cia para to autosomy płci
Końce chromosomów to telomety. Składają się z dużej liczby krótkich sekwencji powtórzeniowych. Enzym telomeraza zapobiega (…)
Komórki somatyczne są diploidalne, co znaczy że każdy chromosom występuje w dwóch kopiach (jedna para).
Podwajanie i rozdział genów podczas podziału komórki – w podziane mitotycznym dochodzi do zduplikowania genomu. Każdy z dwóch alleli przechodzi do diploidalnej komórki potomnej (somatycznej).
W podziale mejotycznym dochodzi do rozdzielenia pary chromosomów i rozmieszczeniu pojedynczych alleli w haploidalnej komórce rozrodczej (podział redukcyjny).
W komórce rozrodczej znajduje się tylko połowa liczby chromosomów. Komórka jajowa i plemnik zawierają po jednym chromosomie z każdej pryr – czyli 23 pojedyncze chromosomy.
Prawa Mendla
I prawo Mendla – orzeka że z każdej pary genów do gamety przechodzi tylko jeden (prawo segregacji)
II prawo mendla – orzeka natomiast, że segregacja genów jednej pary nie ma wpływu na segregacji innych par (prawo o niezależnym dziedziczeniu cech).
Wzory dziedziczenia mendlowskiego:
dziedziczenie autosomalne recesywne
autosomalne dominujące
sprzężone z chromosomem X recesywne
sprzężone z chromosomem X dominujące