Inżynieria
genetyczna.

Jest to ingerencja w materiał

genetyczny organizmów, w celu zmiany

ich właściwości dziedzicznych.

Polega ona na:



izolowaniu fragmentów materiału genetycznego z komórki,



wprowadzeniu zmian do informacji genetycznej poprzez

wprowadzenie do komórek organizmu, którego cechy chcemy

zmienić (biorcy), określonego odcinka DNA innego organizmu

(dawcy).

Odpowiednie fragmenty DNA wycina się z DNA dawcy

za pomocą enzymów restrykcyjnych.

 przenoszeniu fragmentów DNA do komórek innego organizmu

poprzez wprowadzenie

tak wydzielonych fragmentów DNA do

komórek biorcy za pomocą specjalnych przenośników

(wektorów). W tej roli wykorzystywane są m.in. wirusy, plazmidy

(cząsteczki DNA występujące w komórce poza chromosomami i zdolne do

autonomicznej replikacji )

kosmidy

( sztucznie wytworzone wektory powstałe

z połączenia plazmidów z sekwencją

cos

bakteriofaga lambda )

 powielaniu (klonowaniu) genów i całych organizmów.

Wektory wprowadzone do komórki

biorcy wraz z przyłączonym

fragmentem DNA dawcy umożliwiają

namnażanie się w niej genów

zawartych w tym DNA.

Metody inżynierii genetycznej są już

wykorzystywane do produkcji wielu

lekarstw, np. insuliny, niektórych witamin i

in.

Ma to ogromne znaczenie praktyczne.

Dawniej, przed opracowaniem metody biosyntezy

insuliny metodami inżynierii genetycznej,

otrzymywano ją z trzustek zwierzęcych. Była to

metoda bardzo droga, gdyż ilość insuliny

otrzymana z jednej trzustki była niewielka, a proces

jej wydzielania kosztowny

Inżynieria genetyczna

wykorzystywana jest również do

wytwarzania tzw. organizmów

transgenicznych.

Ma również duże znaczenie w

rozwoju genetyki, gdyż umożliwia

poznanie funkcji pełnionych przez

określone geny.

Projekt Sekwencjonowania Ludzkiego

Genomu

Początkiem Projektu była podjęta w roku 1990

przez Departament Energii USA oraz Narodowy

Instytut Zdrowia USA decyzja o przydzieleniu na ten

cel 3 mld dolarów. Decyzja zakładała, że w ciągu 15

lat uda się poznać ludzki genom. Jednak decyzja

władz USA wywołała szeroki oddźwięk na świecie. Do

projektu włączyło się wiele krajów. Jednocześnie

nastąpił znaczy postęp w technice automatycznego

sekwencjonowania DNA. Pracami projektu kierował

Francis S. Collins. W efekcie wstępny opis genomu

człowieka opublikowano już w roku 2000.

Do projektu należały następujące państwa:

Chiny

Francja

Niemcy

Japonia

Wielka Brytania

USA

Dnia 14 kwietnia roku 2003 opublikowano

dokument stwierdzający zakończenie

sekwencjonowania 99% genomu z trafnością

99,99%.

Genom

– całość materiału genetycznego

komórki lub osobnika.

Termin mylony jest z genotypem

genotypem

, czyli zespołem

wszystkich genów, warunkujących właściwości

dziedziczne danego organizmu. Każdy żywy organizm

ma swój indywidualny zestaw genów, różny od

genotypów innych osobników tego samego gatunku.

Identyczne genotypy mogą mieć tylko organizmy

bliźniacze (bliźnięta jednojajowe), choć i one mogą

genetycznie różnić się nieco od siebie w wyniku

mutacji.

Na tak szybkie zakończenie projektu

wpłynęło rozpoczęcie analogicznych badań

przez prywatną korporację Celera Genomics,

która zamierzała opatentować ludzki

genom, w przypadku, gdyby udało jej się go

odczytać jako pierwszej. Oznaczałoby to, że

informacje o ludzkim genomie, potrzebne

dla badań np. w celu wynalezienia

odpowiednich leków, byłyby własnością tej

firmy i trzeba by było za nie płacić.

Firma ta osiągnęła spore sukcesy dzięki

korzystaniu z opublikowanych wcześniej wyników

prac zespołu rządowego, a także dzięki

opracowaniu techniki sekwencjonowania nazywaną

shotgun sequencing

. Sprowadzała się ona do

szatkowania całego DNA na drobne fragmenty i

analizowania ich zawartości. Program

komputerowy zbierał uzyskane kombinacje par

komplementarnych w swojej pamięci. Dzięki

wyszukiwaniu podobieństw możliwe stało się

ponowne uporządkowanie pociętych genów w

całość. Na wiadomość o zamiarze opatentowania

ludzkiego genomu przez firmę Celera Genomics,

laboratoria skupione w ramach projektu

rządowego przyspieszyły sekwencjonowanie,

przechodząc na ciągły tryb pracy24 godziny na

dobę, siedem dni w tygodniu.

Konkurencja pomiędzy naukowcami z firmy

komercyjnej oraz finansowanymi z budżetu

doprowadziła do ciekawej sytuacji.

Naukowcy umówili się, że opublikują dane w

lutym 2001 roku, ale w różnych

czasopismach naukowych. Badacze z

instytucji rządowych umieścili swój artykuł w

Nature

, a ci z Celera Genomics w

Science

Okazało się, że naukowcy poznali 90%

genomu. Co ciekawsze praca obu zespołów

raczej się uzupełniała niż dublowała.

Wynikało to z innych technik badawczych.

Projekt ludzkiego genomu był

jednym z międzynarodowych

programów badań genetycznych.

Ważne okazało się poznanie genomów innych
interesujących organizmów (np. bakterii coli,
myszy, muszki owocowej czy ryżu, albo nicieni).
Wiele z tych egzotycznych organizmów było
ważne jako modele oddziaływania między sobą
genów w istotach żywych.

Celem badania ludzkiego genomu było nie tylko

poznanie miliardów par komplementarnych

składających się na nasze DNA z minimalnym

prawdopodobieństwem błędu. Chodziło również

o identyfikację funkcjonalnych genów zawartych

w tym morzu informacji. Proces ten jak dotąd się

nie zakończył. Jednak już rozpracowane dane

zaskoczyły naukowców. Okazało się, że genom

człowieka zawiera zaledwie 20-25 tys. genów

kodujących białka. Reszta genomu koduje nie

białka lecz wytwarzane na podstawie DNA

cząsteczki RNA, lub jest niekodującym DNA.

Obraz jaki wyłonił się z projektu

ludzkiego genomu skłania badaczy

do wielkiej powściągliwości w

głoszeniu triumfu nauki nad naturą.

DNA bardziej przypomina bardzo

złożony program komputerowy niż

zestaw przepisów na różne białka.

Jego pełne rozszyfrowanie może

zająć nauce całe dziesięciolecia.

Praca nad zastosowaniem wiedzy o genomie w

medycynie dopiero się rozpoczęła. Jednak już

teraz niektórzy naukowcy próbują zastosować

uzyskane w projekcie informacje w rozwoju

biotechnologii i medycyny.

Nie mniej ważny był sam rozwój technik

badania DNA. Dzięki projektowi ludzkiego

genomu nastąpił postęp w badaniu

nukleotydów zawartych w żywych organizmach.

Dziś poznanie genomu grożącego pandemią

zarazka nie zajmuje już lata tylko tygodnie albo

miesiące.

Obecnie sekwencja ludzkiego DNA jest zapisana

w bazie dostępnej w Internecie.

Przełomowym wynalazkiem związanym z projektem

ludzkiego genomu są chipy DNA (Mikromacierze). Na

układ półprzewodnikowy nanosi się tysiące fragmentów

kwasu dezoksyrybonukleinowego. Jeżeli w badanej

próbce znajdzie się kawałek DNA komplementarny do

jednego z tych fragmentów, to odpowiadające mu pole

na chipie zostanie aktywowane. W efekcie możliwe

staje się błyskawiczne określenie poziomu ekspresji

zawartych w próbce genów. Ekspresja wiąże się

bezpośrednio ze stanem żywego organizmu, z którego

pobrano DNA.

Oczywistym zastosowaniem może być tutaj

diagnostyka medyczna oraz dalszy rozwój

badań genetycznych.

Porównywanie genomu różnych istot żywych daje

też ogromne korzyści biologii ewolucyjnej. Zgodnie

ze współczesnymi teoriami to gen jest

przedmiotem ewolucji, a nie poszczególne osobniki.

Badanie historii poszczególnych genów zawartych

w żywych organizmach pozwala na prześledzenie

ich drogi ewolucyjnej. Przykładem może być tutaj

porównanie ilości genów ssaków i płazów. Okazuje

się, że stałocieplność wiąże się ze zmniejszeniem

ilości genów, ponieważ wszystkie reakcje

chemiczne zachodzą w stałej temperaturze. Genom

nie musi w takiej sytuacji zawierać różnych

wariantów enzymów działających w szerokim

zakresie temperatur.

Organizmy żywe składają się z komórek. Niektóre m.in.

bakterie, glony i drożdże, pierwotniaki są organizmami

jednokomórkowymi podczas gdy rośliny i zwierzęta występują

w postaci zbiorów komórek. Nowe komórki, niezbędne dla

wzrostu organizmu lub do utworzenia nowego, powstają przez

podział komórek istniejących.

Komórki są najmniejszymi zorganizowanymi

jednostkami strukturalnymi, które zdolne są do

podtrzymywania indywidualnego, choć ograniczonego czasu

życia, podczas którego spełniać mogą wiele funkcji.

Komórki wyewoluowały na Ziemi podczas ostatnich 3,5

mld lat, wywodząc się przypuszczalnie z pierwotnych

agregatów cząsteczkowych.

Jak postulował

Rudolf Virchow w

1855 r., każda

komórka ma swój

początek w innej

żywej komórce

(

omnis

cellula e

cellula

Świat ożywiony składa się z dwóch podstawowych

typów komórek:

komórek prokariotycznych

, które nie mają

jądra komórkowego, a których informacja genetyczna zawarta

jest w kolistym genomie oraz

komórek eukariotycznych,

których genom zawarty jest w chromosomach umieszczonych

w jądrze komórkowym i które mają wysoko zorganizowaną

strukturę wewnętrzną.

Komórki komunikują się ze sobą przy

zastosowaniu bogatego zestawu sygnałów

molekularnych.

Od 1839 r, kiedy to M. Schleiden oraz T.

Schwann po raz pierwszy uznali komórki za „elementarne

cząstki organizmu", nastąpił ogromny postęp w tej dziedzinie

wiedzy. Dzisiaj rozumiemy już większość procesów

zachodzących w komórkach na poziomie molekularnym.

Komórka bakteryjna – przykład komórki

prokariotycznej.

Komórka eukariotyczna składa się z cytoplazmy oraz jądra.

Otoczona jest błoną cytoplazmatyczną. Cytoplazma zawiera

złożony system wewnętrznych błon, tworzących poszczególne

struktury komórkowe (organelle). Główne organelle komórkowe

to mitochondria

mitochondria

(w których zachodzą ważne reakcje chemiczne,

dostarczające komórce energię),

dostarczające komórce energię), retikulum endoplazmatyczne

retikulum endoplazmatyczne

(składające się z szeregu błon, w obrębie których tworzone są

glikoproteiny oraz lipidy),

glikoproteiny oraz lipidy), aparat Golgiego

aparat Golgiego

(pełniący określone

funkcje w transporcie wewnątrzkomórkowym), oraz

peroksysomy

(odpowiedzialne za tworzenie i degradację

niektórych substancji).

Komórki eukariotyczne zawierają też

Komórki eukariotyczne zawierają też lizosomy

lizosomy

, w

których rozkładane są liczne białka, kwasy nukleinowe i

tłuszcze. Centriole, małe cylindryczne struktury

zbudowane z mikrotubul, odgrywają podstawową rolę

podczas podziału komórki.

Rybosomy

są miejscami, w których zachodzi

synteza białek.

Jądro komórki eukariotycznej zawiera

informację genetyczną.

Jest ono otoczone

wewnętrzną i zewnętrzną błoną, w której

znajdują się pory umożliwiające transport

różnych substancji między jądrem a

cytoplazmą. Wewnątrz jądra znajduje się

jąderko oraz włóknista macierz

(matrix)

jądrowa, obejmująca różne kompleksy

cząsteczkowe zbudowane z DNA i białka.

Błona komórkowa

Głównym składnikiem zewnętrznego środowiska

komórki, zarówno w przypadku krwi, jak i innych płynów

ciała, jest woda. Także w wewnątrzkomórkowych

procesach chemicznych biorą udział cząsteczki

rozpuszczalne w wodzie. Aby utrzymać swą integralność,

komórki muszą zapobiegać niekontrolowanemu

napływowi i wypływowi wody oraz pozostałych

cząsteczek. Osiągają to dzięki obecności

nieprzepuszczalnej dla wody błony cytoplazmatycznej,

zbudowanej z dwubiegunowych cząsteczek kwasów

tłuszczowych. Owe cząsteczki to ułożone w podwójną

warstwę fosfolipidy, których reszty tłuszczowe

skierowane są do wnętrza błony.

Błona komórkowa zawiera również liczne cząsteczki

przechodzące na wskroś przez dwuwarstwę lipidową, które

spełniają w komórce ważne funkcje. Wyróżnia się różne typy

białek błonowych:

białek błonowych: (1) białka transbłonowe

(1) białka transbłonowe

funkcjonujące

jako kanały transportujące cząsteczki do wnętrza lub na

zewnątrz komórki;

zewnątrz komórki; (2) białka tworzące połączenia

(2) białka tworzące połączenia

zapewniające komórce stabilność;

zapewniające komórce stabilność; (3) cząsteczki

(3) cząsteczki

receptorowe

, zaangażowane w przewodzenie sygnałów; oraz

(4) cząsteczki o funkcji enzymatycznej

, katalizujące

wewnątrzkomórkowe reakcje chemiczne w odpowiedzi na

sygnał zewnętrzny.

Komórki roślinne i zwierzęce wykazują wiele

podobieństw. Jedna z podstawowych różnic między

nimi dotyczy natomiast posiadania przez komórki

roślinne chloroplastów, umożliwiających prowadzenie

fotosyntezy. Komórki roślinne otoczone są też sztywną

ścianą, zbudowaną z celulozy i innych polimerów,

ponadto mają wakuole, w których gromadzone są:

woda, jony, cukier, związki azotu lub produkty ko cowe

metabolizmu. Wakuole są przepuszczalne dla wody,

lecz nie dla pozostałych zawartych w niej substancji.

Wszystkie funkcje komórki zależą od białek,

które złożone są z łańcuchów aminokwasów.

W skład białek organizmów żywych wchodzi

tylko 20 podstawowych aminokwasów. Połączenia

między nimi nazywane są wiązaniami peptydowymi, a

utworzone w ten sposób łańcuchy - polipeptydami.

Białka zawierają jeden lub więcej polipeptydów.

Struktura i funkcja każdego z białek zależą

od sekwencji aminokwasów tworzących łańcuchy.

Aminokwasy są podstawowymi jednostkami strukturalnymi białek.

Określona liniowa sekwencja aminokwasowa białek oraz ich

specyficzna struktura trójwymiarowa nadają każdemu z nich swoiste

właściwości fizykochemiczne.

Aminokwas składa się z „centralnego" atomu węgla, połączonego

jednym wiązaniem z grupą aminową (-NH

), drugim wiązaniem z

grupą karboksylową (-COOH), trzecim wiązaniem z atomem wodoru,

a ostatnim czwartym wiązaniem ze zmiennym łańcuchem bocznym. W

roztworach o obojętnym pH aminokwasy występują w postaci

zjonizowanej, ponieważ grupa aminowa przyłącza proton (-NH+), a

grupa karboksylowa ulega dysocjacji (-COO).

Łańcuch boczny determinuje charakterystyczne cechy każdego

aminokwasu, włączając w to jego wielkość, formę, ładunek

elektryczny lub zdolność do tworzenia wiązania wodorowego oraz

całkowitą swoistą reaktywność chemiczną. Aminokwasy można

różnicować w zależności od posiadanego ładunku (zasadowości lub

kwasowości) oraz od obecności polarnego lub niepolarnego łańcucha

bocznego. Każdy aminokwas ma swój trzyliterowy oraz jednoliterowy

symbol. Kluczowymi aminokwasami u kręgowców są: His,

Ile, Leu,

Lys, Met, Phe, Thr, Tyr oraz

Val.

A. Połączenia aminokwasów (wiązania peptydowe)

Aminokwasy, będące podstawowymi jednostkami białek, łatwo łączą się ze sobą

dzięki swej dwubiegunowej jonizacji . Grupa karboksylowa jednego aminokwasu

wiąże grupę aminową następnego aminokwasu, tworząc wiązanie peptydowe. Gdy

większa liczba aminokwasów łączy się ze sobą wiązaniami peptydowymi, tworzą

one łańcuch polipeptydowy. Każdy łańcuch polipeptydowy ma zdefiniowaną

orientację, określoną przez obecność grupy aminowej (-NH

) na jednym końcu

oraz grupy karboksylowej (-COOH) na drugim. Zwyczajowo grupę aminową

traktuje się jako początek, a grupę karboksylową jako koniec łańcucha

peptydowego.

Pierwszorzędowa struktura białka

Określenie pełnej sekwencji aminokwasowej dla insuliny (1955) było

przełomowym osiągnięciem.

przełomowym osiągnięciem. Uwidoczniło ono po raz pierwszy, że białko, jako

Uwidoczniło ono po raz pierwszy, że białko, jako

produkt genu w znaczeniu genetycznym, ma ściśle określoną sekwencję

aminokwasową. Sekwencja aminokwasowa dostarcza ważnych informacji na

temat funkcji oraz ewolucyjnego pochodzenia białka

. Pierwszorzędowa strukturę

białka stanowi jego sekwencja aminokwasowa, przedstawiana w wymiarze

jednowymiarowym. Tak jak wiele innych białek, insulina jest syntetyzowana z

cząsteczek prekursorowych: preproinsuliny oraz proinsullny. Preproinsulina

składa się ze 110 aminokwasów, włącznie z 24 aminokwasami sekwencji liderowej

na końcu aminowym. Sekwencja liderowa kieruje cząsteczkę do odpowiedniego

miejsca w komórce, po czym jest ona usuwana, prowadząc do powstania

proinsuliny. Proinsulina jest następnie przekształcana w insulinę, co odbywa się

przez usunięcie peptydu łącznikowego (peptydu C), składającego się z

aminokwasów 31-65. Aminokwasy 1-30 tworzą łańcuch B, natomiast pozostałe

aminokwasy (66-86) tworzą łańcuch A. Łańcuchy A i B są ze sobą połączone

mostkami dwusiarczkowymi, łączącymi cysteiny w pozycjach 7 i 20 w łańcuchu A

z cysteinami w pozycjach 7 i 19 w łańcuchu B. Łańcuch A ma ponadto mostek

dwusiarczkowy pomiędzy swoimi pozycjami 6 i 11. Pozycje poszczególnych

cystein odzwierciedlają więc przestrzenny układ aminokwasów, nazywany

strukturą drugorzędową.

C. Drugorzędowe jednostki

strukturalne, helisa α

i wstęga β

Dwie podstawowe drugorzędowe jednostki

strukturalne wszystkich białek to spiralna

struktura

(helisa α) oraz płaska struktura

(wstęga

). Ryc. C przedstawia schematyczny

rysunek pojedynczej helisy

ulokowanej

pomiędzy dwiema wstęgami

, tworzących

razem tzw. jednostkę β-

(rysunek wg

Stryera, 1995).

Trzeciorzędowa struktura

insuliny

Wszystkie funkcjonalne białka przyjmują ściśle

określoną strukturę trójwymiarową. Struktura

ta jest zdeterminowana sekwencją

aminokwasową i właściwościami

fizykochemicznymi poszczególnych

aminokwasów. Strukturę trzeciorzędową

określa przestrzenny układ reszt

amlnokwasowych, które w liniowej sekwencji

peptydu mogą znajdować się dość daleko od

siebie. Struktura czwartorzędowa odnosi się do

struktury białka wynikającej ze swoistego

trójwymiarowego układu przestrzennego

poszczególnych podjednostek, oraz z

charakteru ich wzajemnych kontaktów.

Poprawna struktura czwartorzędowa zapewnia

prawidłowe funkcjonowanie białek.

Białka pełnią różnorodne funkcje: utrzymują

strukturę komórki i zapewniają jej możliwość

poruszania się; są wewnątrz- i zenątrzkomórkowymi

przekaźnikami; wiążą i transportują cząsteczki,

m.in. tlen, lipidy, inne białka; wiele z nich jest

enzymami, które katalizują prawie wszystkie

reakcje chemiczne.

Białka są zaangażowane praktycznie we wszystkie

procesy chemiczne zachodzące w żywych organizmach

Ich uniwersalne znaczenie przejawia się w tym, że jako

enzymy kierują one reakcjami chemicznymi przebiegającymi w

żywych komórkach. Bez udziału katalizy enzymatycznej

makrocząsteczki zaangażowane w te procesy nie byłyby w

stanie samoczynnie inicjować poszczególnych reakcji.

Każdy enzym jest produktem pojedynczego genu lub też

większej ich liczby (gdy składa się z różnych

podjednostek).

Białka służą również transportowi małych cząsteczek, jonów i

metali.

Pełnią ważne funkcje w towarzyszących wzrostowi podziałach

komórkowych oraz w procesach różnicowania komórkowego i

tkankowego.

Białka kontrolują koordynację ruchów przez

regulację komórek mięśniowych, a także biorą

udział w wytwarzaniu i przesyłaniu impulsów w

obrębie komórek nerwowych oraz pomiędzy nimi.

Białka kontrolują również homeostazę krwi oraz

obronę immunologiczną.

Pełnią ponadto funkcje mechaniczne w skórze,

kościach, naczyniach krwionośnych i w innych

obszarach ciała.

Niektóre białka występują w większości komórek

(np. enzymy metabolizmu glukozy).

Inne są charakterystyczne tylko dla

wyspecjalizowanych komórek organizmów

wielokomórkowych i nadają im specyficzne funkcje

Takie komórki często grupują się, tworząc złożone tkanki

lub narządy, np.: komórki mięśni - produkują białka, takie

jak tropomiozyna i miozyna, które budują włókna

mięśniowe; komórki wysp trzustkowych - syntetyzują

hormon białkowy insulinę; komórki wątroby - zawierają

charakterystyczne tylko dla nich enzymy, m.in. niezbędne

do przemiany bilirubiny w formę rozpuszczalną w

wodzie.

DNA jako nośnik informacji

genetycznej

DNA zawiera informację o syntezie białek.

Komórki potrzebują:



instrukcji, by odpowiednio regulować

produkcję białek;



zdolności do przekazania tej informacji

komórce potomnej podczas podziału.

Spełnienie tych warunków możliwe jest dzięki

obecności

podwójnej helisy

DNA, która

zawiera dwie nici DNA połączone słabymi

wiązaniami chemicznymi.

Każda z nici DNA

zawiera szkielet

cukrowo-

fosforanowy, w

którym do każdej

cząsteczki cukru

dołączona jest

zasada azotowa.

W DNA występują 4

różne zasady.

Cytozyna (C)

tymina (T)

są

pirymidynami z

pojedynczym

pierścieniem

azotowym,

natomiast

natomiast adenina

adenina

(A)

i guanina (G)

guanina (G)

są purynami z

dwoma takimi

pierścieniami.

Każda zasada

azotowa jest

połączona z

odpowiednią

zasadą drugiej nici,

tworząc drabinkę

wewnątrz helisy w

ten sposób, że

ten sposób, że A

tworzy pary

wyłącznie z

wyłącznie z T

, a

, a C

Nici są

komplementarne

względem siebie

(sekwencje zasad

azotowych jednej

nici są

zdeterminowane

przez sekwencję

zasad drugiej nici).

Podczas podziału

komórki każda nić

tworzy niezależnie

nić komplementarną,

umożliwiając

duplikację helisy

DNA.

Ułożenie zasad

azotowych w

cząsteczce DNA

stanowi informację o

kolejności

aminokwasów w

łańcuchu

polipeptydowym.

Każdy z 20

aminokwasów jest

kodowany przez

sekwencję trzech

kolejnych zasad

zwaną

kodomem

Przepisanie i

przetłumaczenie

tego kodu w celu

syntezy białek

wymaga udziału

RNA.

Podsumowanie.

Informacja genetyczna w

komórkach przechowywana jest

w cząsteczkach DNA. Podczas

ekspresji genu

fragment DNA

najpierw ulega transkrypcji na

RNA, a następnie translacji z

RNA na białka. W czasie

podziału komórki DNA ulega

replikacji i powstają dwie

identyczne helisy.

ulega replikacji i powstają dwie

identyczne helisy.

Odcinek łańcucha DNA

zawierający informację,

która warunkuje syntezę

określonego białka,

nazywamy

genem.

Wykorzystanie tej

informacji możliwe jest

dzięki powstaniu kopii

genu w postaci

informacyjnego RNA

(mRNA).

Następnie dochodzi do

przetłumaczenia

sekwencji zasad z mRNA

na liniową sekwencję

aminokwasów tworzących

polipeptyd.

Nici DNA są względem siebie

antyrównoległe

(ich

wiązania ułożone są w

przeciwnych kierunkach) i

komplementarne

(pary

zasad w łańcuchu dopełniają

się). Zatem kolejność zasad

na jednej nici może być

odtworzona na podstawie

znanej sekwencji zasad na

drugiej nici, a każda nić

niezależnie jest nośnikiem

informacji potrzebnej do

utworzenia podwójnej helisy.

Najczęstszą formą jest

B-DNA o

prawoskrętnej helisie,

w której na jeden

skręt przypada nieco

ponad 10 par zasad.

Cząsteczka DNA w

formie A jest również

prawoskrętna, lecz

krótsza i szersza niż

B-DNA. Obecność

formy A w wielu

kompleksach

białkowo-

nukleinowych

sugeruje, że

odwracalne

przekształcenia form

B i A mogą mieć

znaczenie w obróbce

informacji genetycznej

in vivo.

Forma Z-DNA jest

lewoskrętna. Helisa

przybiera kształt

zygzakowaty, co

związane jest z

naprzemiennym

występowaniem puryn

i pirymidyn. Krótkie

fragmenty formy Z

występują

in vivo

DNA w organizmach eukariotycznych

Organizmy żywe można podzielić na Prokaryota i

Eukaryota. Pierwsze są prostymi jednokomórkowymi

formami życia bez wyodrębnionego jądra komórkowego.

Należą do nich, na przykład, bakterie i niektóre glony.

Do drugich zaliczamy zarówno organizmy jednokomórkowe,

m.in. drożdże, jaki złożone z wielu komórek rośliny i

zwierzęta.

Komórki eukariotyczne zawierają jądro

komórkowe, w obrębie którego DNA zorganizowany

jest w chromosomy. Każdy chromosom zawiera mocno

zwiniętą podwójną helisę DNA.

Chromatyna

Całkowita długość wszystkich nici DNA w pojedynczej

komórce ludzkiej wynosi około 2 metrów, co mieści się w

jądrze komórkowym o średnicy zaledwie kilku mikrometrów.

Jest to możliwe dzięki istnieniu kompleksu

nukleoproteinowego —

chromatyny.

Kwaśne reszty fosforanowe szkieletu DNA biorą udział w

tworzeniu wiązania jonowego z zasadowymi białkami

bogatymi w lizynę i argininę, zwanymi

histonami.

W następstwie tych interakcji długie nici DNA zostają gęsto

ułożone w postaci chromatyny.

Nukleosom

- jednostka strukturalna chromatyny

składająca się z odcinka DNA o długości ok. 200 par

zasad, z których 146 nawiniętych jest 1,75 raza na 8

histonów rdzeniowych.

histonów rdzeniowych. Około 90% chromatynowego DNA

Około 90% chromatynowego DNA

jest zorganizowane w nukleosomy.

Rdzeń nukleosomu zawiera po dwie kopie białek

histonowych zwanych H2A, H2B, H3 i H4. Piąty histon –

H1 chroni DNA i łączy ze sobą sąsiednie nukleosomy.

Histony mogą ulegać modyfikacjom, polegającym na

dodaniu grupy acetylowej, metylowej lub fosforanowej,

co zmienia strukturę i funkcję chromatyny.

Opisano kilka wariantów takich histonów, kodowanych

przez różne geny.

Histon H1 wiąże się z

DNA obok każdego

nukleosomu i bierze

udział w zwijaniu DNA we

włókno chromatynowe o

średnicy 30 nm.

Chromosomy

Podczas podziału komórki chromatyna ulega stopniowej

kondensacji do postaci chromosomów. Można je oglądać

w mikroskopie świetlnym. W metafazie podziału

mitotycznego każdy chromosom składa się z dwóch

symetrycznych chromatyd (chromatydy siostrzane).

Zawierają one DNA, którego włókna chromatynowe

zwinięte są w pętle wokół centralnego szkieletu z białek

niehistonowych. Chromatydy siostrzane łączą się ze sobą

w obszarze centromeru.

Rozmaite techniki umożliwiają uwidocznienie

skondensowanych chromosomów.

Prążki G, uzyskane po barwieniu odczynnikiem Giemzy,

tworzą powszechnie znany układ około 500 jasnych i

ciemnych prążków w metafazie.

Prążki Q, uzyskiwane w wyniku działania kwinakryny,

będącej fluorochromem, tworzą wzór fluorescencyjny

bardzo podobny do prążków G. Giemza opracował swoją

technikę barwienia na początku XX wieku. Prążkowanie

fluorescencyjne chromosomów wprowadzili natomiast w

1969 roku Caspersson i Zech.

Układy prążków w chromosomach komórek

człowieka, szympansa, goryla i orangutana są

bardzo podobne.

Euchromatyna i heterochromatyna

Euchromatyna

jest aktywna genetycznie.

Wybarwia się jasno

podstawowymi barwnikami. Natomiast

heterochromatyna to bardziej skondensowany region

chromosomów

i barwi się na kolor ciemniejszy.

Charakteryzuje się obecnością wysoko powtarzalnych

sekwencji i stosunkowo małą zawartością genów.

Centromery, telomery i serie powtórzeń

tandemowych

Centromer to miejsce, w którym chromosomy zwężają się

podczas metafazy. Oddziela długie i krótkie ramię

chromosomu. Telomer tworzy zakończenia chromosomu.

W seriach powtórzeń tandemowych identyczne

sekwencje DNA występują jedna za drugą wzdłuż nici

DNA.

Kariotyp

Każdy gatunek ma specyficzną liczbę i

charakterystyczny układ chromosomów, zwany

kariotypem.

Komórka ludzka zawiera 46

chromosomów. Dwa z nich są chromosomami

płci (dwa chromosomy X u kobiet oraz

chromosomy X

Y u mężczyzn), a pozostałe 44

autosomami (22 pary oznaczone liczbami od 1

do 22)

Genom

Kompletny materiał genetyczny organizmu określany jest

terminem

terminem genom

genom

. W komórkach człowieka składa się on

z 23 par chromosomów, zlokalizowanych w jądrze

komórkowym, a każdy chromosom mieści w sobie

pojedynczą, liniową cząsteczkę DNA w postaci podwójnej

helisy.

helisy. Genom ludzki zawiera w przybliżeniu 3 x 10

Genom ludzki zawiera w przybliżeniu 3 x 10

pz i

około 23 000 różnych genów, a większość z nich koduje

polipeptydy

. Niewielka część koduje cząsteczki RNA,

które nie są przepisywane na białka.

REPLIKACJA DNA

Istnienie podwójnej helisy DNA zapewnia

możliwość dokładnego odtwarzania się

kwasów nukleinowych. Każda z nici DNA

służy jako matryca do syntezy nowej

komplementarnej nici. Replikacja DNA jest

semikonser-watywna,

co oznacza, że w

nowej cząsteczce jedna nić (połowa

oryginalnego DNA) pochodzi ze starej

cząsteczki, czyli jest zachowywana

(„konserwowana").

Cykl komórkowy u Eukaryota

Eukariotyczny cykl komórkowy składa się z dwóch

okresów:

okresów: mitozy (M)

mitozy (M)

, podczas której ma miejsce

podział komórki, oraz

podział komórki, oraz interfazy

interfazy

, kiedy komórka rośnie i

zachodzi replikacja DNA.

zachodzi replikacja DNA. Interfazę

Interfazę

można dalej

podzielić na:

fazę Gl (przerwa, ang.

gap

i);

fazę S (synteza);

fazę G2 (przerwa, ang.

gap 2).

Synteza DNA zachodzi wyłącznie podczas

fazy S cyklu komórkowego

, po której

następuje przerwa (G2), a dopiero potem

komórka może się podzielić (mitoza).

Po zakończeniu mitozy następuje kolejna

przerwa

(G1) - komórka przygotowuje się do syntezy

DNA (replikacji).

Niektóre komórki opuszczają cykl komórkowy w fazie G1 i

wchodzą w tzw. fazę GO. Nie przygotowują się wtedy do

replikacji DNA i podziału, są natomiast zwykle aktywne

metabolicznie. Faza GO może być zarówno stanem

przejściowym, po którym komórka powraca do fazy G1, jak

i wynikiem ostatecznego zróżnicowania komórki. Jest

charakterystyczna dla komórek nie mających zdolności

replikacji, np. neuronów.

Mitoza

Mitoza jest procesem podziału komórki, podczas

którego z pojedynczej komórki macierzystej powstają dwie

komórki potomne. Komórki potomne są identyczne

względem siebie i względem komórki macierzystej. Każda z

nich musi otrzymać zestaw wszystkich organelli, takich jak

mitochondria, rybosomy, lizosomy, retikulum

endoplazmatyczne, aparat Golgiego i centriole, oraz dwa

pełne genomy, które zawierają kompletny zestaw genów.

Zapewnienie każdej komórce potomnej dwóch kopii

każdego genu wymaga wielkiej precyzji.

Mitoza umożliwia podzielenie podwojonych w

czasie replikacji chromosomów na dwie

identyczne grupy. Chromosomy, które uległy

replikacji podczas interfazy, łączą się z

mikrotubulami

(włókna białka tubuliny),

organizującymi się we

wrzeciono

kariokinetyczne.

Kurcząc się, powoduje ono

najpierw ułożenie się chromosomów w

płaszczyźnie równikowej komórki (powstaje

płytka metafazowa),

a później ich właściwe

rozdzielenie.

Podczas interfazy, poprzedzającej mitozę,

centriole i inne części centrosomu ulegają

podwojeniu, ale pozostają złączone, nadal

tworząc pojedynczą strukturę. Na samym

początku mitozy zduplikowany centrosom

rozpada się, a centrosomy pochodne

rozsuwają się do przeciwległych biegunów

jądra komórkowego. Pełnią tam funkcję

ośrodków formowania mikrotubul, które

budują wrzeciono kariokinetyczne. W tym

samym czasie chromatyna ulega coraz

ciaśniejszemu skręceniu, a skondensowane

chromosomy tworzą pary identycznych

chromatyd.

Następuje rozpad otoczki jądrowej. Mikrotubule

wrzeciona kariokinetycznego przyłączają się do

centromerów chromosomów przy udziale

struktury zwanej kinetochorem. Regiony

centromerowe układają się w okolicy równika

komórki. Dochodzi do podziału centromerów, a

nowe chromosomy, każdy powstały z jednej ze spa

rowanych chromatyd, przesuwają się w kierunku

przeciwległych biegunów.

Mitozę można podzielić na 4 fazy:



profazę,



metafazę,



anafazę i



telofazę.

Pod koniec mitozy dochodzi do podziału

cytoplazmy

(cytokineza),

który prowadzi do

podziału całej komórki.

Wczesna profaza.

Chromosomy przyjmują formę długich nici. Jąderko

ulega rozproszeniu, a centrioie zaczynają się rozdzielać

Środkowa profaza.

Chromosomy ulegają kondensacji w chromatydy.

Każda z nich zawiera jedną z cząsteczek DNA wytworzonych podczas

interfazy. Centrioie, zbudowane z mikrotubul, przesuwają się do

przeciwległych biegunów komórki i zaczynają formować wrzeciono

kariokinetyczne (podziałowe).

Późna profaza.

Centrioie docierają do biegunów komórki. Nadal połączone

są włóknami wrzeciona kariokinetycznego, które rozciągają się do środka

(równika) komórki. Błona jądrowa ulega rozproszeniu i zanika.

etafaza.

Chromatydy układają się wzdłuż równika komórki

Wczesna anafaza.

Chromatydy siostrzane zostają rozdzielone

Późna anafaza.

Zbiory chromatyd (nowe zestawy chromosomów

potomnych) przemieszczają się do przeciwległych biegunów. Rozpoczyna

się podział cytoplazmy komórki (cytokineza).

Telofaza

. Rozdzielone chromosomy rozwijają się i stają się słabiej widoczne.

Wokół nich powstają błony jądrowe. Cytokineza jest kontynuowana. Zanika

wrzeciono kariokinetyczne.

Interfaza

. Po zakończeniu podziału komórki rozpoczyna się następny cykl

replikacji DNA.

Wczesna profaza.

Chromosomy przyjmują

formę długich nici. Jąderko ulega rozproszeniu, a

centrioie zaczynają się rozdzielać

Środkowa profaza.

Chromosomy ulegają

kondensacji w chromatydy. Każda z nich zawiera

jedną z cząsteczek DNA wytworzonych podczas

interfazy. Centrioie, zbudowane z mikrotubul,

przesuwają się do przeciwległych biegunów

komórki i zaczynają formować wrzeciono

kariokinetyczne (podziałowe).

Późna profaza.

Centrioie docierają do biegunów

komórki. Nadal połączone są włóknami

wrzeciona kariokinetycznego, które rozciągają

się do środka (równika) komórki. Błona jądrowa

ulega rozproszeniu i zanika.

etafaza.

Chromatydy układają się wzdłuż

równika komórki

Wczesna anafaza.

Chromatydy siostrzane

zostają rozdzielone

Późna anafaza.

Zbiory chromatyd (nowe

zestawy chromosomów potomnych)

przemieszczają się do przeciwległych biegunów.

Rozpoczyna się podział cytoplazmy komórki

(cytokineza).

Telofaza

. Rozdzielone chromosomy rozwijają się

i stają się słabiej widoczne. Wokół nich powstają

błony jądrowe. Cytokineza jest kontynuowana.

Zanika wrzeciono kariokinetyczne.

Interfaza

. Po zakończeniu podziału komórki

rozpoczyna się następny cykl replikacji DNA.

Genom

Kompletny materiał genetyczny organizmu określany jest

terminem

terminem genom

genom

. W komórkach człowieka składa się on

z 23 par chromosomów, zlokalizowanych w jądrze

komórkowym, a każdy chromosom mieści w sobie

pojedynczą, liniową cząsteczkę DNA w postaci podwójnej

helisy.

helisy. Genom ludzki zawiera w przybliżeniu 3 x 10

Genom ludzki zawiera w przybliżeniu 3 x 10

pz i

około 23 000 różnych genów, a większość z nich koduje

polipeptydy

. Niewielka część koduje cząsteczki RNA,

które nie są przepisywane na białka.

Oprócz genomu jądrowego, komórki eukariotyczne

zawierają również niewielki

zawierają również niewielki genom mitochondrialny

genom mitochondrialny

dziedziczony w linii żeńskiej (po matce). Wynika to z

faktu, że w odróżnieniu od plemników, komórki jajowe

zawierają znaczną ilość cytoplazmy z mitochondriami.

Ludzki genom mitochondrialny tworzy kolista cząsteczka

DNA o długości 16 569 pz, kodująca białka

odpowiedzialne za utrzymanie struktury i funkcje

mitochondriów (m.in. enzymy oksydacyjne) oraz

cząsteczki RNA zaangażowane w syntezę białek

mitochondrialnych. Mimo że mitochondria posiadają swój

własny genom, większość niezbędnych im białek

kodowana jest przez geny jądrowe.

REPLIKACJA DNA

Istnienie podwójnej helisy DNA zapewnia

możliwość dokładnego odtwarzania się

kwasów nukleinowych. Każda z nici DNA

służy jako matryca do syntezy nowej

komplementarnej nici. Replikacja DNA jest

semikonser-watywna,

co oznacza, że w

nowej cząsteczce jedna nić (połowa

oryginalnego DNA) pochodzi ze starej

cząsteczki, czyli jest zachowywana

(„konserwowana").

Cykl komórkowy u Eukaryota

Eukariotyczny cykl komórkowy składa się z dwóch

okresów:

okresów: mitozy (M)

mitozy (M)

, podczas której ma miejsce

podział komórki, oraz

podział komórki, oraz interfazy

interfazy

, kiedy komórka rośnie i

zachodzi replikacja DNA.

zachodzi replikacja DNA. Interfazę

Interfazę

można dalej

podzielić na:

fazę G1 (przerwa, ang.

gap 1

);

fazę S (synteza);

fazę G2 (przerwa, ang.

gap 2).

Synteza DNA zachodzi wyłącznie podczas

fazy S cyklu komórkowego

, po której

następuje przerwa (G2), a dopiero potem

komórka może się podzielić (mitoza).

Po zakończeniu mitozy następuje kolejna

przerwa

(G1) - komórka przygotowuje się do syntezy

DNA (replikacji).

Niektóre komórki opuszczają cykl komórkowy w fazie G1 i

wchodzą w tzw. fazę GO. Nie przygotowują się wtedy do

replikacji DNA i podziału, są natomiast zwykle aktywne

metabolicznie.

Faza GO może być zarówno stanem przejściowym, po

którym komórka powraca do fazy G1, jak i wynikiem

ostatecznego zróżnicowania komórki. Jest

charakterystyczna dla komórek nie mających zdolności

replikacji, np. neuronów.

Mitoza

Mitoza jest procesem podziału komórki,

podczas którego z pojedynczej komórki macierzystej

powstają dwie komórki potomne.

powstają dwie komórki potomne. Komórki potomne

Komórki potomne

są identyczne względem siebie i względem komórki

macierzystej.

Każda z nich musi otrzymać zestaw

wszystkich organelli, takich jak

mitochondria,

rybosomy, lizosomy, retikulum endoplazmatyczne, aparat

Golgiego i centriole,

oraz dwa pełne genomy, które

zawierają kompletny zestaw genów.

Zapewnienie każdej komórce potomnej dwóch kopii

każdego genu wymaga wielkiej precyzji.

Mitoza

umożliwia podzielenie

podwojonych w czasie replikacji

chromosomów na dwie identyczne grupy.

Chromosomy, które uległy replikacji

podczas interfazy, łączą się z

mikrotubulami

(włókna białka tubuliny), organizującymi się

wrzeciono kariokinetyczne.

Kurcząc się,

powoduje ono najpierw ułożenie się

chromosomów w płaszczyźnie równikowej

komórki (powstaje

płytka metafazowa),

później ich właściwe rozdzielenie.

Podczas interfazy, poprzedzającej mitozę,

centriole i inne części centrosomu ulegają

podwojeniu, ale pozostają złączone, nadal

tworząc pojedynczą strukturę. Na samym

początku mitozy zduplikowany centrosom

rozpada się, a centrosomy pochodne

rozsuwają się do przeciwległych biegunów

jądra komórkowego. Pełnią tam funkcję

ośrodków formowania mikrotubul, które

budują wrzeciono kariokinetyczne. W tym

samym czasie chromatyna ulega coraz

ciaśniejszemu skręceniu, a skondensowane

chromosomy tworzą pary identycznych

chromatyd.

Następuje rozpad otoczki jądrowej. Mikrotubule

wrzeciona kariokinetycznego przyłączają się do

centromerów chromosomów przy udziale

struktury zwanej kinetochorem. Regiony

centromerowe układają się w okolicy równika

komórki. Dochodzi do podziału centromerów, a

nowe chromosomy, każdy powstały z jednej ze

sparowanych chromatyd, przesuwają się w

kierunku przeciwległych biegunów.

Przypomnienie.

Umiejscowienie genu na chromosomie określa się jako locus. Różne
warianty jednego genu (polimorfizm) nazywane są allelami. Zwykle
występuje jeden lub kilka różnych alleli. Tylko niektóre geny są wysoce
polimorficzne, czyli mają wiele różnych alleli.

Homo-/Hetero-/Hemizygota
Osoba z identycznymi alielami określonego genu jest homozygotą dla
danego locus. Hetero-zygota ma dwa różne allele, a hemizygota ma tyl ko
jeden allel (np. wiele genów na chromosomie X i Y u osobników

płci

męskiej).

Genotypem nazywamy komplet genów danego osobnika.

Fenotyp to zespół cech organizmu wynikający z ekspresji genotypu.

Allele dominujace i recesywne. Cecha warunkowana przez allel dominujący
ulega ekspresji niezależnie od drugiego allelu. Allele dominujące oznacza się
dużymi literami (A), a recesywne małymi (a). Cecha uwarunkowana allelem
recesywnym ujawnia się tylko u homozygot, u których oba allele są właśnie
tego typu.

PRAWA MENDLA
Mendel podsumował swoje odkrycia dwoma prawami:
1. Segregacja. Dwa allele każdego genu segregują do dwóch
różnych komórek rozrodczych (gamet).

2. Niezależność. Geny związane z różnymi cechami segregują
niezależnie.

1. Segregacja. Dwa allele każdego genu
segregują do dwóch różnych komórek
rozrodczych (gamet).

2. Niezależność. Geny związane z różnymi
cechami segregują niezależnie.

Rodzice heterozygotyczni w jednym locus mogą mieć

potomstwo heterozygotyczne lub homozygotyczne.

Przedstawia się to za pomocą kwadratu Punnetta [ryc.

2.4(a)]. Rodzice heterozygotyczni dla dwóch różnych genów

(Aa i Bb) będą mieli potomstwo o kilkunastu różnych

genotypach [ryc. 2.4(b)]. Łatwo obliczyć warianty

genotypów potomstwa, używając częstości alleli.

Częstość alleli jest stała.
Proporcje alleli w populacji oraz ich częstość zmieniają się
bardzo wolno w kolejnych pokoleniach. Szybko zmieniają się
tylko kombinacje alleli. Na przykład potomstwo pary AaBb x
AaBb będzie miało podobną częstość alleli jak rodzice, 50%
każdy allel: A, a, B, b; pomimo to, że tylko 25% dzieci będzie
miało identyczny z rodzicielskim genotyp (AaBb). Podwójne
homozygoty będą najrzadsze (AABB lub aabb, każde 1/16 =
6%).

Stabilność rozkładu alleli stanowi podstawę ewolucji i

genetyki chorób.

Wzory dziedziczenia

Większość cech kodowana jest przez geny znajdujące się w
genomie jądrowym i dziedziczy się zgodnie z prawami
Mendla.

Schematy analizy rodowodów przedstawiają rodzaje dziedziczenia mendlowskiego.
Homozygoty allelu recesywnego są chore, a heterozygoty to bezobjawowi nosiciele.
W przypadku allelu dominującego nie ma nosicieli, gdyż heterozygoty również chorują.
Probant to pierwszy pacjent z danej rodziny, u którego zdiagnozowano objawy choroby.

Allele chorób

Częstość alleli wywołujących choroby jest

zazwyczaj mała.

Powstają one w wyniku zmian

genetycznych (mutacji), a w związku ze swoim
uszkadzającym efektem są powoli eliminowane.
Proces ten określa się mianem równowagi
„mutacja-selekcja".

Niektóre choroby wywołane są przez wiele różnych alleli, inne

przez jeden, ale częsty. Na przykład: prawie co trzeci przypadek
hemofilii B spowodowany jest odmienną mutacją IX czynnika
krzepliwości, 75% odpowiedzialnych za to alleli powstaje w wyniku
niezależnych mutacji. Najczęstszy allel, który pochodzi
prawdopodobnie od jednego wspólnego przodka, występuje tylko u
5% dotkniętych tą chorobą rodzin w Wielkiej Brytanii.

Dla kontrastu, ponad dwie trzecie przypadków

mukowiscydozy powodowane jest mutacją F508del (skrót od
„delecja fenyloalaniny w pozycji 508 białka„) w genie, który koduje
białko - kanał jonowy. Około 5% ludności Stanów Zjednoczonych jest
nosicielami allelu F508del. Istnieją też inne, rzadsze mutacje, które
skutkują wystąpieniem mukowiscydozy, ale żadna z nich nie zdarza
się częściej niż 1 na 100 przypadków tej choroby w Europie.

Dziedziczenie niemendlowskie
związane jest z wpływem
cytoplazmy, która pochodzi
prawie wyłącznie od matki. W
procesie tym biorą udział geny z
mitochondriów i białka
cytoplazmatyczne oddziałujące
na geny jądrowe.

Dziedziczenie mendlowskie
(klasyczne)

Wyróżniamy cztery typy

dziedziczenia w zależności

od tego, czy gen jest

dominujący, czy recesywny

oraz od jego położenia na

chromosomie X lub na

autosomie. Choroby

sprzężone z chromosomem Y

są u ludzi słabo poznane.
Podstawowe typy

dziedziczenia

mendlowskiego można

zaobserwować w rodzinach,

u których dana cecha

obecna jest w kilku kolejnych

pokoleniach [ryc.].

Najbardziej istotne zmiany w

genach to te, które

predysponują do określonych

chorób, gdyż powodują

zaburzenie procesów

metabolicznych lub szlaków

sygnałowych.

Dziedziczenie autosomalne dominujące
(ekspresja u heterozygot)

dotyczy obu płci;

mutacja zostaje odziedziczona od jednego z rodziców lub
powstaje de novo. Już pojedyncza kopia autosomalnego
dominującego allela wywiera wpływ na fenotyp. Każde
dziecko chorego rodzica ponosi 50% ryzyko wystąpienia
choroby.

Dziedziczenie autosomalne recesywne ( ekspresja u
homozygot)

występuje u osób obu płci, których rodzice są

zazwyczaj bezobjawowymi nosicielami. Ryzyko urodzenia chorego
dziecka wzrasta, jeśli rodzice są spokrewnieni, gdyż istnieje
wtedy wyższe prawdopodobieństwo odziedziczenia identycznych
alleli. Pojedyncza kopia allelu autosomalnego recesywnego
zwykłe nie ujawnia się w fenotypie. Jeżeli oboje rodzice są
nosicielami (Aa x Aa), ryzyko wystąpienia choroby u każdego
dziecka wynosi 25%, prawdopodobieństwo bycia nosicielem 50%,
a szansa na to, że nie odziedziczy żadnej kopii zmutowanego
genu 25% W przypadku, gdy tylko jeden z rodziców jest
nosicielem (Aa x AA), każde jego dziecko ma
prawdopodobieństwo nosicielstwa 50% i zasadniczo nie ponosi
ryzyka wystąpienia choroby.

Dziedziczenie sprzężone z chromosomem X
recesywne -

prawie zawsze chorują mężczyźni(

praktycznie wszystkie

nieprawidłowości związane z płcią zależą od genów znajdujących się na
chromosomie X i ponieważ mężczyźni posiadają tylko jedna kopię, nie mogą
zrównoważyć ewentualnych wad drugim, prawidłowym chromosomem X

Każdy syn matki nosicieli ponosi 50% ryzyko wystąpienia choroby, a

córka 50% prawdopodobieństwo nosicielstwa, tak jak jej matka. Nie ma
przekazywania choroby z ojca na syna. U kobiet, aby powstał zmieniony fenotyp,
zwykle oba chromosomy X muszą być zmienione. Heterozygotyczne córki mogą
wykazywać łagodne objawy choroby, gdy wystąpi nielosowa inaktywacja
chromosomu X.

Dziedziczenie sprzężone z chromosomem X
dominujące (XLD, ang. X-linked dominant)

choroba częściej ujawnia się u córek, ale zazwyczaj ma lżejszy
przebieg niż u synów. Ma to związek z posiadaniem przez kobiety
także drugiego chromosomu X od zdrowego rodzica. Synowie
chorują ciężej, ponieważ ich jedyny chromosom X niesie ze sobą
mutację. Niektóre allele XLD mogą być letalne. W kolejnym
pokoleniu synowie chorych ojców są zdrowi - ich chromosom X
pochodzi od matki. Córki chorego ojca są zawsze chore, gdyż
jeden z ich chromosomów X jest odziedziczony po ojcu. Każde
dziecko chorej matki ponosi 50% ryzyko wystąpienia choroby.

Ten typ dziedziczenia występuje bardzo rzadko.

1. Dziedziczenie

autosomalne

dominujące

Dotyczy osób

heterozygotycznych.

Allel zmutowany

znajduje się na

jednym z 22

autosomów. Jeśli nie

hamuje czynności

rozrodczej, cecha

przekazywana jest

następnemu

pokoleniu. Zdrowi

członkowie rodziny

nie przekazują

cechy.

Są przekazywane



uszkodzenie

białek

nieenzymatycznych;



uszkodzenie

receptorów błony

komórkowej;



uszkodzenie

białek

strukturalnych, np.

kolagenu albo

elastyny

Dziedziczenie autosomalne dominujące

dotyczy obu płci; mutacja zostaje odziedziczona od
jednego z rodziców lub powstaje de novo. Już pojedyncza
kopia autosomalnego dominującego allela wywiera wpływ
na fenotyp. Każde dziecko chorego rodzica ponosi 50%
ryzyko wystąpienia choroby.

1. Dziedziczenie autosomalne

dominujące

Do chorób dziedziczonych w ten

sposób należą m.in.:



rodzinna hipercholesterolemia,



osteogenesis imperfecta

(osteogeneza

nieprawidłowa),

nieprawidłowa),


wókniakonerwiakowatość typu I,



siatkówczak,



nerczak płodowy (guz Wilmsa),



rodzinna polipowata gruczolakowatość

okrężnicy,

okrężnicy,


zespól Marfana,



torbielowatość nerek typu dorosłych

Nieprawidłowa osteogeneza (osteogenesis

imperfecta).

Niezdolność do prawidłowego syntetyzowania

kolagenu typu I.

Wyróżnia się 4 typy tej choroby.

W każdym z nich następują liczne złamania

kości nawet po minimalnych urazach, stawy są

rozluźnione, stopy płaskie, zęby zniekształcone. W

typie 2 kościec dziecka ulega licznym złamaniom

podczas porodu.

Siatkówczak (retinoblastoma).

Najczęstszy nowotwór wewnątrzgałkowy wieku

dziecięcego. 95% przypadków rozpoznaje się przed 5. rż.

( najwięcej przypadków rozpoznaje się u dzieci w pierwszym

roku życia).

Nerczak płodowy (nephroblastoma), guz

Willmsa

Jeden z najczęstszych nowotworów wieku dziecięcego.

Pojawia się zwykle między 1. a 5. rokiem życia. Masa

dochodzi do 2 kg, wrasta do żył, daje przerzuty w

pierwszej kolejnosci do płuc.

Zespół Marfana.

Mutacje w genie fibrylliny 1. Niepełne

wykształcenie włókien sprężystych tkanki

łącznej.

Dominujące objawy: pająkowatość palców

(arachnodaktylia), długie, cienkie kończyny,

nieprawidłowe proporcje ciała (krótki

tułów), nadmierna ruchomość stawów,

skolioza, kyfoskolioza, podwichnięcie

soczewki, rozwarstwiający tętniak aorty.

Średni okres przeżycia 40-50 lat.

Najczęstsza przyczyna zgonu –

pękniecie tętniaka aorty.

Dziedziczenie autosomalne recesywne ( ekspresja u
homozygot)

występuje u osób obu płci, których rodzice są

2. Dziedziczenie autosomalne

recesywne

Ten typ dziedziczenia

charakteryzuje osoby homozygotyczne

obu płci (obydwa allele związane z daną

cechą są albo prawidłowe albo

zmutowane).

Im rzadszy w całej

populacji jest zmutowany gen, tym mniej

osób heterozygotycznych mających taki

gen.

Allele recesywne są bardzo rzadkie.

Do ujawnienia się choroby potrzeba

dwóch zmutowanych alleli.

Szansa połączenia się dwóch osób

heterozygotycznych i stworzenia

potomnej osoby homozygotycznej jest

znikoma.

Choroby dziedziczone recesywnie są

najczęściej wynikiem zawierania małżeństw

miedzy osobami spokrewnionymi.

Dziedziczenie ujawnia się zwykle w

dzieciństwie i dotyczy głównie metabolizmu

(niedobory enzymatyczne o różnym nasileniu ),

niekiedy także powoduje zaburzenia

organogenezy.

Do charakterystycznych chorób związanych z

zaburzeniami metabolizmu należą m.in.:



mukowiscydoza,



fenyloketonuria,



choroba Gauchera,



choroba Tay i Sachsa,



choroba Gertrudy Hurler, * choroby

spichrzeniowe

Dziedziczenie ujawnia się zwykle w

dzieciństwie i dotyczy głównie metabolizmu

(niedobory enzymatyczne o różnym nasileniu ),

niekiedy także powoduje zaburzenia

organogenezy.

Do charakterystycznych chorób związanych z

zaburzeniami metabolizmu należą m.in. ( c. d.):



choroba von Gierkego,



choroba Wilsona,



talasemia,



alkaptonuria.

Przykładem ciężkiego zaburzenia organogenezy

jest

jest torbielowatość nerek typu noworodków

torbielowatość nerek typu noworodków

100

FENYLOKETONURIA - W organizmie chorego

dziecka brakuje enzymu (hydroksylazy

fenyloalaninowej) przekształcającego aminokwas

fenyloalaninę w tyrozynę oraz związki

odpowiedzialne m.in. za pigmentację skóry.

Nagromadzenie fenyloalaniny może doprowadzić do

upośledzenia umysłowego.

Chore dziecko może rozwijać się normalnie,

pod warunkiem że choroba została wykryta w

pierwszych tygodniach życia i z diety dziecka

wyłączono fenyloalaninę, tzn. dieta musi być uboga

w białko, wykluczać mięso, nabiał, czekoladę i

zawierać niewiele warzyw i owoców. Taką dietę

chory powinien utrzymywać przez całe życie.

Chorobę rozpoznaje się u 1 na 15000 dzieci,

ale częstość jej występowania jest różna w różnych

populacjach.

Objawami nieleczonej choroby są: znacznego

stopnia upośledzenie rozwoju umysłowego i

motorycznego. Niedobór melaniny jest przyczyną

bardzo jasnej skóry, włosów i tęczówek (bielactwo

wrodzone). Poza tym mogą występować drgawki

(padaczka), zaburzenia chodu, postawy,

zesztywnienie stawów.

101

LIZOSOMALNE CHOROBY

SPICHRZENIOWE

Wszystkie wymienione choroby

charakteryzują się brakiem skutecznego leczenia.

Mają tendencję do stopniowej progresji i

zwykle ujawniają się w okresie kilku miesięcy od

porodu i postępując, doprowadzają w większości

przypadków do zgonu w okresie dzieciństwa lub

dojrzewania płciowego.

102

LIZOSOMALNE CHOROBY

SPICHRZENIOWE

Inaczej nazywane tezaurysmozami

(

thesaurysmosis

) – około 30 chorób, których cechą

charakterystyczną są zaburzenia funkcji

lizosomów.

Istotą tych chorób jest brak enzymu, którego niedobór

doprowadza do nadmiernego stężenia nierozkładanej

substancji i jej odkładania (spichrzania) w organizmie.

W zależności od rodzaju spichrzanej substancji, dzieli

je się na następujące grupy chorób:

mukopolisacharydozy,

gangliozydozy,

lipidozy,

glikogenozy,

glikoproteinozy,

mukolipidozy,

leukodystrofie

Wszystkie wymienione choroby charakteryzują się

brakiem skutecznego leczenia. Maja tendencję do

stopniowej progresji i zwykle ujawniają się w okresie kilku

miesięcy od porodu i postępując, doprowadzają w większości

przypadków do zgonu w okresie dzieciństwa lub dojrzewania

płciowego.

103

Choroba Taya- Sachsa – gangliozydoza –

brak heksozoaminidazy gangliozydu GM

Idiotyzm rodzinny ze ślepotą.

Około 90% wszystkich przypadków

występuje u dzieci żydowskich.

Neurony ośrodkowego układu

nerwowego spichrzają gangliozyd GM

Dzieci takie są niewidome i

niedorozwinięte umysłowo

104

Choroba (zespół) Hurler –

mukopolisacharydoza-

niedobór

-L-

iduronizazy

Występuje wzmożone

wydalanie

mukopolisacharydów z

moczem.

Typowe objawy:

pogrubienie rysów twarzy,

zmętnienie rogówki,

przepuklina pępkowa, niski

wzrost, postępująca

degradacja umysłowa.

Zgon w drugiej dekadzie życia.

105

Choroba Wilsona (zwyrodnienie wątrobowo-

soczewkowe)

Zaburzenia gospodarki miedzią w wyniku zmniejszenia

stężenia ceruloplazminy. Miedź jest zatrzymywana w

nadmiarze w wątrobie. Następstwem jest marskość

wątroby. Dochodzi również do uszkodzenia jąder

podstawy mózgu.

106

Dziedziczenie sprzężone z chromosomem X
recesywne -

prawie zawsze chorują mężczyźni(

praktycznie wszystkie

Każdy syn matki nosicieli ponosi 50% ryzyko wystąpienia choroby, a

107

Dziedziczenie sprzężone z chromosomem X
dominujące (XLD, ang. X-linked dominant) -

choroba

częściej ujawnia się u córek, ale zazwyczaj ma lżejszy przebieg
niż u synów. Ma to związek z posiadaniem przez kobiety także
drugiego chromosomu X od zdrowego rodzica. Synowie chorują
ciężej, ponieważ ich jedyny chromosom X niesie ze sobą mutację.
Niektóre allele XLD mogą być letalne. W kolejnym pokoleniu
synowie chorych ojców są zdrowi - ich chromosom X pochodzi od
matki. Córki chorego ojca są zawsze chore, gdyż jeden z ich
chromosomów X jest odziedziczony po ojcu. Każde dziecko chorej
matki ponosi 50% ryzyko wystąpienia choroby.

Ten typ dziedziczenia występuje bardzo rzadko.

108

Dziedziczenie związane z

chromosomem X.

Gen warunkujący dziedziczoną chorobę znajduje się na

chromosomie X.

Cecha dominująca, związana z chromosomem X

ujawnia się u kobiet i u mężczyzn wyjątkowo rzadko.

Dziedziczenie związane z chromosomem X jest najczęściej

recesywne.

Ojciec nie przekazuje genu warunkującego chorobę

synowi, gdyż przekazuje mu chromosom Y, natomiast

przekazuje go córce z chromosomem X. Córka staje się

nosicielem choroby, przekazując cechę swoim dzieciom

(wnukom chorego dziadka).

Synowie nosicielki mają 50% szans na zachorowanie,

jej córki nie chorują. Wszystkie córki chorych mężczyzn są

nosicielkami, a synowie nie chorują i nie przekazują choroby

swoim dzieciom.

109

Dziedziczenie związane z

chromosomem X ( c. d.)

Choroby dziedziczone w ten sposób to m.in.:



hemofilia A

[

brak czynnika VIII

(antyhemolitycznego

)]



hemofilia B

[

brak czynnika IX (Christmasa

)]



dystrofia mięśniowa Duchenne-Beckera,



daltonizm,



agammaglobulinemia.

110

Dziedziczenie wieloczynnikowe.

Większość dziedziczonych cech człowieka nie

dziedziczy się wprost ani dominująco ani recesywnie,

lecz zależy od wielu czynników.

Przyjmuje się, że dziedziczenie wieloczynnikowe

dotyczy np. inteligencji, wzrostu, barwy skóry, budowy

ciała, skłonności rodzinnych np. do miażdżycy,

cukrzycy, niektórych nowotworów, zwyrodnień

stawowych, nadciśnienia tętniczego, niektórych wad

wrodzonych.

Duża część tych zaburzeń może być

spowodowana uszkodzeniem genów przez szkodliwe

czynniki środowiska.

Niektóre choroby mają powinowactwo do

określonej płci.

Document Outline

Slide 1
Slide 2
Slide 3
Slide 4
Slide 5
Slide 6
Slide 7
Slide 8
Slide 9
Slide 10
Slide 11
Slide 12
Slide 13
Slide 14
Slide 15
Slide 16
Slide 17
Slide 18
Slide 19
Slide 20
Slide 21
Slide 22
Slide 23
Slide 24
Slide 25
Slide 26
Slide 27
Slide 28
Slide 29
Slide 30
Slide 31
Slide 32
Slide 33
Slide 34
Slide 35
Slide 36
Slide 37
Slide 38
Slide 39
Slide 40
Slide 41
Slide 42
Slide 43
Slide 44
Slide 45
Slide 46
Slide 47
Slide 48
Slide 49
Slide 50
Slide 51
Slide 52
Slide 53
Slide 54
Slide 55
Slide 56
Slide 57
Slide 58
Slide 59
Slide 60
Slide 61
Slide 62
Slide 63
Slide 64
Slide 65
Slide 66
Slide 67
Slide 68
Slide 69
Slide 70
Slide 71
Slide 72
Slide 73
Slide 74
Slide 75
Slide 76
Slide 77
Slide 78
Slide 79
Slide 80
Slide 81
Slide 82
Slide 83
Slide 84
Slide 85
Slide 86
Slide 87
Slide 88
Slide 89
Slide 90
Slide 91
Slide 92
Slide 93
Slide 94
Slide 95
Slide 96
Slide 97
Slide 98
Slide 99
Slide 100
Slide 101
Slide 102
Slide 103
Slide 104
Slide 105
Slide 106
Slide 107
Slide 108
Slide 109
Slide 110

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Genetyka wersja tekstowa cz 1
genetyka wersja II (1)
2 Kolokwium Inżynieria Genetyczna wersja B,C 14r
3 Kolokwium Inżynieria genetyczna WERSJA B 14
GENETYKA IV kolos, cz 1
Rachunkowość prezentacja wersja tekstowa
To jest wersja tekstowa pdf a '02'
Funkcja wymierna zadania tekstowe cz 2
3 Kolokwium Inżynieria genetyczna WERSJA A 14
Brad P Instant Attraction (The Shocker) (wersja tekstowa)
Genetyka ogólna dla studentów cz 2
Dziady cz II wersja skrócona
Prelekcja 10 - cz 2 - Mutacje chromosomowe człowieka, Genetyka
moja wersja genetyczna
Wersja do oddania, Rozdzial 4 - Algorytmy genetyczne, Rozdział III
Analiza śladów genetycznych jako dowód w procesie karnym – cz II

więcej podobnych podstron

Genetyka wersja tekstowa cz 2

Document Outline