Prawa Mendla
Prawa Mendla to reguły przekazywania cech dziedzicznych. Zostały sformułowane w 1866 przez Grzegorza Mendla podczas jego badań nad krzyżowaniem roślin, głównie grochu zwyczajnym (Pisum sativum L.).
W uwspółcześnionej postaci, uwzględniającej naszą obecną wiedzę o chromosomach i genach, brzmią następująco:
Dziedziczenie barwy kwiatów u grochu Pisum sativum: P - pokolenie rodzicielskie, F1 - pierwsze pokolenie potomne, F2 - drugie pokolenie potomne, F3 - trzecie pokolenie potomne
Oczywiście, należy pamiętać, że w czasach Mendla nie wiedziano jeszcze nic o genach i sposobie, w jaki zorganizowany jest materiał dziedziczny w komórce. Mendel zatem nie użył określenia gen i allel, posługiwał się opisowym określeniem "czynnik dziedziczenia".
Po skrzyżowaniu roślin rodzicielskich (P) o kwiatach czerwonych z roślinami o kwiatach białych stwierdził, że wszystkie kwiaty w 1 pokoleniu (F1) są czerwone. Mendel rozumował prawdopodobnie tak: każdy organizm zwierzęcy i roślinny jest najpierw zygotą, powstałą z połączenia dwóch gamet. Zygota ma zatem niejako dwoistą naturę, nosząc cechy zarówno "ojca", jak "matki". Podobnie zresztą, jak cały dorosły organizm. Skoro w pokoleniu wszystkie osobniki F1 mają dwoistą naturę (dziś powiedzilibyśmy, że są diploidalne), i wiadomo, że pochodzą od rożniących się barwą rodziców, ale tej dwoistości nie widać, bo wszystkie są czerwone, zatem czynnik czerwonej barwy musi być "silniejszy" i zagłuszać czynnik barwy białej. Nazwał go dominującym. Czynnik determinujący barwę białą określił mianem recesywnego. Aby pokazać te zależności prosto, oznaczył czynnik dominujący A, a czynnik recesywny a i wywiódł z tego, że pokolenie F1 składa się z osobników mających oba te czynniki; dziś powiedzielibyśmy: mających genotyp Aa.
Nie poprzestał jednak na jednym krzyżowaniu, skrzyżował bowiem następnie osobniki z pokolenia F1. W pokoleniu potomnym F2 uzyskał wprawdzie ok. 75% osobników czerwonych, ale pojawiły się też osobniki białe. To poniekąd zgadzało się z jego przewidywaniami. Po skrzyżowaniu roślin, tym razem z pokolenia F2, uzyskał pololenie F3, w którym występowały kwiaty zarówno białe jak i czerwone, ale w zupełnie nowym stosunku. Okazało się, że 1/3 osobników czerwonych F2 dała potomstwo tylko czerwone, 2/3 osobników czerwonych F2 dało potomstwo czerwone i białe (w znanym stosunku 3:1), natomiast wszystkie białe kwiaty z pokolenia F2 wydały potomków kwitnących na biało.
Determinacja płci
Rodzaj płci, jaką dany organizm wykształci, jest zależny od sygnału wywoławczego, jakim może być:
środowisko hormonalne, w jakim rozwija się dany organizm.
Sygnał wywoławczy uruchamia kaskadę genów regulatorowych, które następnie wpływają na różne procesy rozwoju, prowadzące do wykształcenia konkretnej płci.
Płeć
Płeć każda z kategorii, grup, na jakie dzieli się komórki rozrodcze, a często także wytwarzające je narządy (u zwierząt) czy organy (u roślin) i osobniki tego samego gatunku, zależnie od ich roli w procesie rozmnażania i rekombinacji genów. Uwarunkowana jest genetycznie lub fizjologicznie (z przewagą jednego lub drugiego z tych czynników u przedstawicieli różnych taksonów). U większości organizmów wyróżnia się dwie płcie. Niektóre gatunki grzybów mają ich więcej, lecz rozmnażanie wymaga zawsze udziału co najwyżej dwóch różnopłciowych osobników. U roślin nasiennych komórki różnych płci mogą rozwijać się w tych samych organach - kwiatach obupłciowych. Gdy kwiaty są jednopłciowe, oba ich rodzaje mogą być wytwarzane przez tego samego osobnika (jednopienność) lub powstają na różnych roślinach (dwupienność). Zróżnicowanie gatunku na płcie warunkuje zdolność do rozmnażania płciowego lub koniugacji. W wyniku powstania płci rozwinęły się nowe kierunki ewolucji organizmów, niemożliwe przy rozmnażaniu bezpłciowym.
W rozmnażaniu płciowym mogą uczestniczyć wyspecjalizowane komórki zwane gametami. U zwierząt tkankowych w wytwarzaniu gamet i umożliwianiu zapłodnienia specjalizują się narządy rozrodcze (narządy płciowe). Ich odpowiedniki u roślin nazywamy organami generatywnymi. Nawet tak proste organizmy jak bakterie, wykształciły proces płciowy zwany koniugacją. Podobny proces, a także rozmnażanie płciowe można znaleźć u większości protistów. U niektórych gatunków rozdzielnopłciowość przyjmuje charakter morfo-fizjologiczny (anizogamety), u innych wyłącznie fizjologiczny (izogamety).
U roślin zróżnicowanie płci może mieć charakter fizjologiczny lub morfo-fizjologiczny (płeć komórek nie zależy od ich genotypu; ich zróżnicowanie zaznacza się tylko na poziomie biochemii i fizjologii, albo znajduje też odbicie w ich budowie).
Zwierzęta charakteryzują się, poza zmianami fizjologicznymi i różnicami genetycznymi, również wyraźnymi zmianami morfologicznymi i wyróżnia się wśród nich płcie: męską, żeńską, obojnaczą i obojętną. Zazwyczaj płeć jest zależna od pojedynczego chromosomu, przy czym występują tu przeróżne kombinacje:
U niektórych gatunków zwierząt rozdzielnopłciowych osobniki męskie występują tylko w niektórych pokoleniach (heterogonia), istnieją też gatunki dzieworodne (partenogeneza). Płeć obojętna występuje u tych osobników danego gatunku, które pełnią funkcje obronne i normalnie nie wytwarzają gamet. W szczególnych warunkach te osobniki mogą się zacząć rozmnażać (np. polipy). Istnieją gatunki, których pewne osobniki, w określonych warunkach mogą zmieniać płeć.
Podział
Następujące pojęcia z zakresu biologii, psychologii i socjologii są związane z płcią zwierząt i ludzi:
płeć gonadalna (samce: jądra, samice: jajniki, ale mogą być też formy niezróżnicowane lub obojnacze)
płeć genitalna (zewnętrzne narządy płciowe: mężczyźni - penis i moszna, kobiety - łechtaczka i wargi sromowe; ale też mogą wystąpić narządy niezróznicowane lub obojnacze)
płeć germinatywna (wytwarzanie gamet: komórek jajowych, plemników, bądź ich brak)
płeć fenotypowa (drugorzędne cechy płciowe, np. owłosienie ciała, piersi itp.)
płeć seksualna (ze względu na pełnione role płciowe)
Zaburzenia na poziomie cielesnych składowych płci noszą nazwę interseksualizmu, natomiast psychicznych transseksualizmu
Zespół Klinefeltera
Typowe symptomy zespołu Klinefeltera
Zespół Klinefeltera - aberracja chromosomalna polegająca na obecności w kariotypie człowieka dodatkowych chromosomów płciowych X. Dwóm lub nawet trzem chromosomom X towarzyszy w kariotypie chromosom Y (XXY lub XXXY).
Zwiększona liczba chromosomów X w tej parze (u ludzi zdrowych występuje XY) powoduje charakterystyczne objawy chorobowe. Mężczyźni z zespołem Klinefeltera to osoby wysokiego wzrostu (średni wzrost chorych to 182 cm), słabiej umięśnieni oraz o kobiecej sylwetce (gynoidalna), wynikającej z charakterystycznej budowy klatki piersiowej i miednicy. Chorym rozwijają się piersi i rzadko występuje mutacja głosu. Obserwuje się u zjmniejszenie rozmiaru jąder, brak spermatogenezy a w konsekwencji niepłodność. Rozmieszczenie owłosienia może być albo typowo męskie, albo kobiece, zwykle jednak jest skąpe. Niski poziom testosteronu oraz nieznaczne obniżenie poziomu inteligencji, chociaż nie jest to konieczne.
Zespół Turnera
kariotyp 45XO
Zespół Turnera - monosomia chromosomu X u kobiet (występuje pojedynczy chromosom X zamiast dwóch)lub na skutek nondysjunkcji (nierozchodzenie się chromosomów podczas mejozy). Efektem jest niski wzrost, słabo zaznaczone cechy żeńskie, niedorozwinięcie cech płciowych zewnętrznych i wewnętrznych, a w wyniku tego - bezpłodność (ok.1% chorych kobiet jest płodnych - mozaicyzm). Inne cechy fenotypowe to: poduszeczkowate obrzęki stóp w okresie noworodkowym, nadmiar skóry na karku, płetwista szyja, nisko osadzone zrotowane ku tyłowi uszy, szeroko rozstawione brodawki sutkowe, hipoplazja paznokci, koślawość łokci. Rozwój psychiczny zwykle prawidłowy. Anomalia chromosomalna powodująca ten zespół chorobowy występuje raz na 3000 narodzonych dziewczynek.
Choroba genetyczna
Choroby genetyczne (gr. genetes = rodzic, zrodzony), to grupa chorób wywołana mutacjami w obrębie genu lub genów, mających znaczenie dla prawidłowej budowy i czynności organizmu.
Aberracje chromosomowe
Często spotykanymi aberracjami chromosomowymi są trisomie polegające na występowaniu w komórce trzech chromosomów homologicznych zamiast dwóch. Mogą one powstać w wyniku nieprawidłowej segregacji chromosomów w czasie podziału mejotycznego, prowadzącego do powstania gamet (prezygotycznie), lub po zapłodnieniu, a także wskutek nieprawidłowego rozdziału chromosomów podczas mitotycznych podziałów bruzdkowania (postzygotycznie). Aberacje chromosomów mogą wystąpić również jako skutek działania promieniowania jonizującego - aberacje popromienne chromosomów.
U człowieka często spotykane są trisomie trzech z 22 autosomów - 13. (zespół Pataua), 18. (zespół Edwardsa) i 21. (zespół Downa) oraz zaburzenia w liczbie chromosomów płci (w tym trisomia chromosomu X). Innego typu trisomii praktycznie nie obserwuje się, gdyż powodują zbyt głębokie nienormalności, co w efekcie staje się przyczyną obumierania płodu we wczesnych etapach rozwoju zarodkowego.
Zespół Downa
|
Trisomia chromosomu 21. jest przyczyną wystąpienia tzw. zespołu Downa, dawniej zwanego pospolicie mongolizmem. Osoby z tą wadą mają mongoidalne rysy twarzy, niski wzrost, szczególny układ bruzd na dłoniach, niezborność ruchów i niedorozwój umysłowy, a przy tym pogodne usposobienie. Zespół Downa wykrywa się metodami diagnostyki prenatalnej. Zaobserwowano, że starsze kobiety w większym stopniu są narażone na ryzyko urodzenia dziecka z tą wadą niż kobiety młodsze. U matek, które nie przekroczyły 28. roku życia, z zespołem Downa rodzi się jedno dziecko na tysiąc, u matek czterdziestoletnich częstotliwość ta wynosi jeden do stu, a u starszych nawet jeden do pięćdziesięciu.
Zespół Pataua
Trisomia 13. pary chromosomów. Przykładowe skutki: niedorozwój umysłowy, niezrośnięty otwór międzyprzedsionkowy w sercu, wnętrostwo, szczelina w tęczówce, rozszczep wargi (tzw. zajęcze usta). Rodzi się jedno dziecko z tą chorobą na 5000 zdrowych. Takie dzieci najczęściej umierają w pierwszym roku życia, jedynie kilka procent dożywa 3 lat - spowodowane jest to wewnętrznymi wadami wrodzonymi.
Zespół Edwardsa
Trisomia 18. pary chromosomów. Powoduje niedorozwój umysłowy. Występuje raz na 3000 urodzeń i prowadzi do śmierci w pierwszym roku życia z powodu poważnych nieprawidłowości w budowie wewnętrznej (m.in. niezrośnięty otwór międzyprzedsionkowy). Osoby z zespołem Edwardsa posiadają tylko jedną nerkę o podkowiastym kształcie, co nie przeszkadza w funkcjonowaniu ich organizmu.
Zaburzenia w liczbie chromosomów płci
Wśród chorób genetycznych częste są również zaburzenia w liczbie chromosomów płci. Niektóre z nich, np. dodatkowy chromosom Y u mężczyzn (XYY), trisomia chromosomu X u kobiet (XXX), nie powodują istotniejszych nienormalności: kobiety (jedna na 1000) mają uwydatnione cechy płciowe i niską inteligencję, natomiast mężczyźni (również 1 na 1000) charakteryzują się wysokim wzrostem oraz bywają nadpobudliwi i infantylni. Badania przeprowadzone w więzieniach wykazały, że 1 na 50 skazanych mężczyzn posiada dodatkowy chromosom Y.
Zespół Turnera
|
Jedną z przyczyn chorób genetycznych jest monosomia, aberracja chromosomowa polegająca na występowaniu jednego chromosomu X, zw. zespołem Turnera. U człowieka występuje 5% zygot, ale tylko jedna na 40 rozwija się dalej. Zespół Turnera dotyka 1 na 3000 kobiet - występuje częściej, gdy matka jest w młodszym wieku. Osoby z tą chorobą posiadają na ciele liczne znamiona barwnikowe. Charakteryzują się również niższym wzrostem, szerokim karkiem i niedorozwojem drugorzędowych cech płciowych (niewykształcone piersi, brak owłosienia łonowego); są bezpłodne.
Nadkobieta
|
Kolejną nondysunkcją chromosomów płci jest występowanie u kobiet dodatkowego chromosomu X(XXX), kobiety nią dotknięte nazywamy nadkobietamy in. metykobietami. Budowa fizyczna zasadniczo bez zmian, jednak jest obniżona płodność. Uczeni nie są zgodni co do zdolności umysłowych.Pojawia się w przybliżeniu u jednej kobiety na 1000.
Delecje
Zespół kociego krzyku
[franc. cri du chat] - wywołany delecją krótkiego ramienia chromosomu 5. Objawy: niepełnosprawność intelektualna (od lekkiej do głębokiej), jasna karnacja, płaczliwość, po porodzie specyficzny płacz dziecka przypominający miauczenie kota.
Mutacje punktowe
Mukowiscydoza
|
Jedną z częściej występujących chorób genetycznych jest mukowiscydoza wywołana przez recesywne allele położonego na 7. chromosomie genu kodującego białko, które jest niezbędne do zajścia procesu regulacji transportu jonów chlorkowych przez błony cytoplazmatyczne. Brak syntezy tego białka powoduje niewydolność układu oddechowego, polegająca na wytwarzaniu dużych ilości śluzu o dużej lepkości, co sprzyja powstawaniu infekcji. Towarzyszy mu również niewydolność wątroby (u ok. 85% pacjentów). Częstotliwość występowania muskowiscydozy wynosi 1 do 2 tys., a częstość heterozygot (nosicieli) w populacji ocenia się na ok. 1 do 22 nosicieli.
Dystrofia mięśniowa
Mutacje w pojedynczym genie zlokalizowanym na chromosomie X są przyczyną dystrofii mięśniowych typu Duchenna (DMD) i Beckera (BMD). Szacuje się, że DMD występuje u 1 na 3500 chłopców, ujawniając się w 2-3 roku życia postępującym zanikiem mięśni. BMD ma przebieg łagodniejszy.
Anemia sierpowata. |
Endemiczną, autosomalną i recesywną chorobą genetyczną jest anemia sierpowata. Powodują ją mutacje punktowe w sekwencji kodującej β-globinę, jedną z podjednostek hemoglobiny. W efekcie tych zmian erytrocyty przyjmują kształt sierpu i ograniczają swoje zdolności do wiązania tlenu.
Mutacje kodonowe
Jedna z najczęstszych przyczyn uwarunkowanego genetycznie obniżenia poziomu rozwoju intelektualnego. Przyczyną jest powielenie kodonu CGG w genie FMR1 na długim ramieniu chromosomu X, upośledzające tworzenie synaps w mózgu.
Zespół łamliwego chromosomu X
Dziedziczenie
Zespół dziedziczony jest podobnie jak schorzenia sprzężone z chromosomem X, związane z genem dominującym o ograniczonej penetracji. Nosicielkami choroby - często bezobjawowymi - są matki. Połowa ich synów jest obciążona dużym ryzykiem upośledzenia umysłowego, a u córek ryzyko jest umiarkowane (30-50 proc, głównie z powodu fizjologicznej nieaktywności jednego z chromosomów X).
Objawy
nieśmiałość, utrudniony kontakt wzrokowy
Typowy wygląd twarzy u mężczyzny z zespołem łamliwego chromosomu X
U osób obciążonych premutacją FMR1 po 50. roku życia może dojść do rozwoju schorzenia zwanego zespołem drżenia i ataksji związanym z łamliwym chromosomem X (ang. Fragile X-associated Tremor/Ataxia Syndrome, FXTAS). Objawy przypominają chorobę Parkinsona:
Hemofilia
Przyczyny genetyczne
Choroba przenoszona jest przez kobiety i mężczyzn, gdyż defekt genetyczny związany jest z chromosomem X obecnym w genomie tak matek jak i ojców. Jednakże ojciec nie może przenieść tej choroby na syna. Cecha ta dziedziczy się recesywnie z chromosomem X, co oznacza, iż chorują jedynie osoby z pełną ekspresją recesywnego genu, czyli:
Przykłady
Kobieta nosicielka defektywnego genu (jeden wadliwy chromosom X) posiada drugi chromosom X z prawidłowym genem, z tego względu nie choruje (w zapisie genotypu XAXa).
Syn, który urodzi się ze związku z nosicielką wadliwego genu może odziedziczyć od matki wadliwy chromosom X (od ojca może otrzymać tylko chromosom Y, który nie posiada tego genu) i dlatego będzie chorował na hemofilię (ostateczny genotyp XaY), zaś córka z takiego związku będzie tylko nosicielką (jeśli odziedziczy wadliwy chromosom od matki, to drugi prawidłowy otrzyma od ojca, genotyp XAXa).
Możliwe jest zachorowanie na hemofilię córki kobiety-nosicielki wadliwego genu, w przypadku, kiedy ojciec takiej dziewczynki będzie chory na hemofilię, wówczas i od ojca i od matki otrzyma wadliwy chromosom X (genotyp córki XaXa).
Typy hemofilii
Hemofilia A - niedobór VIII czynnika krzepnięcia krwi (czynnika antyhemolitycznego), "klasyczna hemofilia"
Hemofilia B - niedobór IX czynnika krzepnięcia krwi (czynnika Christmasa), "choroba Christmasa"
Hemofilia C - niedobór XI czynnika krzepnięcia krwi (czynnika Rosenthala), (dotyczy Żydów Aszkenazyjskich, choroba autosomalna recesywna)
W literaturze i w terapii mówi się także o postaciach hemofilii:
postać ciężka - poziom czynnika poniżej 1% normy. Charakteryzuje się częstymi wylewami pourazowymi i występowaniem tzw. krwotoków samoistnych (bez wyraźnej przyczyny urazowej)
postać umiarkowana - poziom czynnika poniżej 5% normy
postać lekka - poziom czynnika powyżej 5% normy
Objawy
Hemofilia objawia się występowaniem krwotoku, nawet po nieznacznych urazach (np. usunięcie zęba) lub skaleczeniach, wylewów i krwawień dostawowych i do tkanek miękkich. Wylewy dostawowe prowadzą do przykurczów i zniekształceń stawów.
Wbrew obiegowej opinii to nie skaleczenia prowadzą do największego zagrożenia, ponieważ rany tego typu dają się częściowo kontrolować przez uciśnięcie, czy obłożenie zimnymi kompresami. Znacznie trudniejsze są do opanowania wylewy dostawowe, zwłaszcza do dużych stawów (np. biodrowy). Najpoważniejsze są krwotoki wewnętrzne, np. krwawienia z nerek, śródczaszkowe itp.
