Genetika – Úvod do genetiky
Typ práce: Ostatné
Jazyk:
Počet zobrazení: 1 157
Uložení: 74
Genetika – Úvod do genetiky
Genetika – je veda o dedičnosti a premenlivosti živých organizmov.
- dedičnosť zaisťuje podobnosť medzi rodičmi a potomkami
- premenlivosť je podmienená rozdielmi v génoch (genetickápremenlivosť) a faktormi vonkajšieho prostredia (negenetickápremenlivosť)
Johan Gregor Mendel (1822-1884) – opát v kláštore v Brne – zakladateľ genetiky:
nededia sa znaky a vlastnosti, ale čosi, čo ich vznik podmieňuje – gény (1909)
Stavba a funkcia každého organizmu sú podmienené: dedičnými faktormi (gén, genotyp)
a vonkajším prostredím.
- nositeľom genetickej informácie u všetkých prokaryotických a eukaryotických organizmov je DNA a u niektorých vírusov RNA
Gén = dedičná vloha
- základná funkčná jednotka dedičnosti
- úsek molekuly DNA, ktorý nesie úplnú genetickú informáciu
pre biologickú vlastnosť alebo funkciu
- má viac foriem, ktoré nazývame alely (konkrétnr formy génu)
- alely podmieňujú rozdielny prejav znaku (žlté, zelené sfarbenie)
Genotyp – súbor génov živého organizmu, ktoré sa u neho vyskytujú v konkrétnych formách, alelách – pri eukaryotických organizmoch je každý gén reprezentovaný jedným alelickým párom (jedna alela je od otca, druhá od matky)
lokus – konkrétne miesto génu na chromozóme
jadrová dedičnosť – chromozómy sú lokalizované v jadre
mimojadrová dedičnosť – chromozómy sú lokalizované mimo jadra (plastidy, mitochondrie)
diploidný počet chromozómov – 2n – diploidná bunka – vznikla splynutím samčej a samičej pohlavnej bunky
- autozómy – nepohlavné chromozómy
- gonozómy – pohlavné chromozómy – môžu byť rovnaké alebo rôzne homo- alebo heterochromozómy
- haploidná pohlavná bunka – n – má len jeden chromozóm z každého páru
znak – prejav génu
znaky delíme na:
- kvalitatívne – dedia sa génmi veľkého účinku (farba očí, krvná skupina) – silný fenotypový účinok (nedajú sa ovplyvniť prostredím)
- kvantitatívne – dedia sa génmi malého účinku (hmotnosť, inteligencia) – slabý fenotypový účinok (dajú sa ovplyvniť prostredím)
Fenotyp – súbor všetkých znakov živého organizmu
- fenotyp je vonkajším prejavom všetkých dedičných informácii
fenotyp = genotyp + pôsobenie všetkých génov a ich dôsledky + vplyv prostredia a vývoj
homologické chromozómy – chromozómy jedného chromozomového páru (jeden chromozóm je od otca, druhý od matky) – majú rovnaké gény na rovnakých lokusoch, alely toho istého génu môžu mať rôzne (napr. alela jedna pre modrú a druhá pre hnedú farbu očí)
nehomologické chromozómy – chromozómy rôznych párov
homozygot – jedinec, ktorý má pre daný znak dve rovnaké alely (AA, bb, OO)
heterozygot – jedinec, ktorý má pre daný znak rôzne alely (Aa, Bb, AB, AO)
dominantná alela – nadradená – (A, B) podmieňuje rovnaký fenotypový prejav znaku u homozygota (AA, BB) i heterozygota (Aa, Bb)
recesívna alela – podradená – (a, b) prejaví sa len u homozygota (aa, bb), u heterozygota nie (Aa, Bb)
Molekulové základy dedičnosti
– nositeľom genetickej informácie je DNA a u niektorých vírusov RNA
V roku 1869 ich objavil Švajčiar Miescher a v roku 1953 ich model navrhli Watson a Crick.
Základnou stavebnou jednotkou je nukleotid, zložený z kyselinyfosforečnej, cukru (pentózy) a dusikatejbázy(v DNA A-adenín, G-guanín, C-cytozín, G-guanín, T-tymín – v RNA nahradený U-uracilom).V DNA je komplementárne spojené vodíkovými väzbami A-T a C-G.
Úlohou DNA je uchovávať a odovzdávať genetickú informáciu (o poradí aminokyselín v bielkovinách), ktorá je zapísaná v jej primárnej štruktúre.
Úlohou RNA je zabezpečovať realizáciu genetickej informácie z poradia nukleotidov v DNA do poradia aminokyselín v bielkovinách.
Schéma ústrednej dogmy molekulovej biológie
(prenosu genetickej informácie na molekulovej úrovni):
DNA ------------------prepis------- mRNA ------- preklad ------ bielkovina
zdvojenie=replikácia transkripcia translácia
DNA realizácia genetickej informácie v bunke (expresia génu)
Replikácia DNA:
Gén – rôzne dlhý reťazec molekuly DNA (aj 1000 nukeotidov) ktorý určuje príslušný znak – vonkajší prejav (farbu očí, kvetov a pod.) Gény sa nachádzajú na chromozómoch, v mitochondriách, chloroplastoch a v prokaryotických organizmoch i v plastidoch.
Replikácia prebieha v S-fáze bunkového cyklu pri prenose genetickej informácie z materskej do dvoch dcérskych buniek. Prebieha pred každým mitotickým delením bunky. U mnohobunkových organizmov replikácia zabezpečuje prenos kompletného súboru genetických informácií do všetkých buniek.
Ako matrica slúžia obe vlákna DNA, ktoré sa rozpletajú tým, že sa porušia vodíkové väzby medzi nukleotidmi a k obnaženým reťazcom sa na základe komplementarity pripájajú vodíkovými väzbami voľné nukleotidy. Energia sa získava z ATP. Výsledkom replikácie sú dve nové molekuly, z ktorých každá obsahuje jeden reťazec z pôvodnej molekuly a jeden novosyntetizovaný, t. j. dcérsky.
GENETICKÝ KÓD – zašifrovanie genetickej informácie, uloženej v DNA, podľa určitého kľúča. Genetický kód je tripletový (trojica nukleotidov z A, G, C, T – kodón) určuje zaradenie jednej amonokyseliny do polypeptidového reťazca.
Genetický kód je degenerovaný (nadpočetný – je 20 aminokyselín, ale až 64 kodónov, z toho 61 kóduje niektorú aminokyselinu, ukončovacie-terminačné sú UAA, UAG, UGA, iniciačný je AUG + metionín), neprekrývajúci a univerzálny pre všetky organizmy.
Gén je základná jednotka genetickej informácie. Gény poznáme:
- štruktúrne gény – určujú poradie aminokyselín v bielk. reťazci, prepisujú sa do mRNA
- gény pre RNA – prepisujú sa len do tRNA a rRNA, ich informácia sa neprenáša do poradia aminokyselín v bielkovinách
- regulačné gény – majú regulačnú funkciu, určujú aktivitu iných génov, zodpovedajú za difereciáciu bunie
Transkripcia, syntéza RNA:
- je vlastne syntézou mRNA
- je prvým stupňom expresie génov
- je aj syntézou tRNA a rRNA
Matricou je jedno vlákno DNA, kde sa v jeho istej časti porušia vodíkové vázby, podľa komplementarity báz sa vytvárajú nové vodíkové vázby a to k T-A, k C-G, k G-C a k A-U. Vlákno RNA prechádza do cytoplazmy na ribozómy.
Translácia genetickej informácie:
- je zavŕšením expresie génov
- je to preklad genetickej informácie z mRNA do poradia aminokyselín v bielkovinách
- prebieha v cytoplazme na ribozómoch (zložených z rRNA a bielkovín) a zúčastňujú sa jej aj tRNA, ktoré majú dôležitý koncový triplet (vždy CCA), na ktorý sa viaže aminokyselina a ďalší triplet tzv. antikodón, ktorý je komplementárny s kodónom na mRNA, dočasne vzniká väzba medzi kodónom a antikodónom
- tRNA sa potom z ribozómu uvoľní a medzi aminokyselinami sa vytvára postupne peptidová väzba
Genetický kód:
UUU, UUC – fenylalanín (phe), UUA, UUG – leucín (leu), UCU, UCC, UCA, UCG – serín (ser), UAU, UAC – tyrozín (tyr), UAA, UAG, UGA – „bodka“, UGU, UGC – cysteín (cys), UGG – tryptofán (trp), CUU, CUC, CUA, CUG – leucín (leu), CCU, CCC, CCA, CCG – prolín (pro), CAU, CAC – (his), CAA, CAG – glutamín (glu), CGU, CGC, CGA, CGG – arginín (arg), AUU, AUC, AUA – isoleucín (ile), AUG – metionín (met) – začiatok, ACU, ACC, ACA, ACG – treonín (tre), AAU, AAC – asparagín (asn), AAA, AAG – lyzín (lyz), AGU, AGC – serín (ser), AGA, AGG – arginín (arg), GUU, GUC, GUA, GUG – valín (val), GCU, GCC, GCA, GCG – alanín (ala), GAU, GAC – kyselina asparágová (asp), GAA, GAG – kyselina glutámová (glu), GGU, GGC, GGA, GGG – glycín (gly).
Genetika prokaryotov
- prokaryotické bunky nemajú typické jadro, ich genetická informácia je uložená v štruktúre nukleoid, ktorý nie je oddelený od cytoplazmy membránou, je to prokaryotický chromozóm – kruhová DNA, stabilizovaná molekulami bielkovín, neprechádzajúca mitotickým delením
Základnými transkripčnými jednotkami baktérií sú OPERÓNY, tvorené štruktúrnymi génmi, podriadenými regulačným génom.
- štruktúrne gény určitého operónu sa prepisujú do jednej molekuly mRNA
- okrem nepohlavného rozmnožovania sa baktérie dokážu rozmnožovať spôsobom podobným pohlavnému rozmnožovaniu eukaryotov, ale nesplýva celý obsah buniek, iba jednosmerne prechádza molekula DNA z bunky darcu do bunky príjemcu – volá sa to konjugácia
- jednosmerný prenos izolovaných molekúl DNA z buniek darcu do buniek príjemcu sa nazýva transformácia
- jednosmerný prenos DNA pomocou bakteriofágov sa nazýva transdukcia
PLAZMIDY – kratšie kruhové molekuly DNA
- nie sú pre baktérie nevyhnutné na prežitie, ale v niektorých podmienkach môžu byť pre nich prospešné
- majú niekoľko až sto génov, dokážu sa samostatne replikovať, nezávisle na replikácii chromozómu
- gény v nich sú usporiadané lineárne
- môžu obsahovať gény podmieňujúce rezistenciu proti antibiotikám, ťažkým kovom a iným látkam toxickým pre baktérie
- svojou prítomnosťou rozhodujú, proti akému antibiotiku bude príslušná baktéria rezistentná (odolná)
- do plazmidov sa včleňujú a opäť vyčleňujú iné gény a aj plazmidy sú schopné včleňovať a vyčleňovať sa z chromozómov, čo je základom pre génové manipulácie (význam pre génové inžinierstvo)
Bunkové základy dedičnosti
- prokaryotické bunky po replikácii DNA sa delia priamo
- eukaryotické bunky po replikácii DNA sa delia nepriamo (mitózou, meiózou)
Genetika eukaryotickej bunky:
Chromozómy – štruktúry bunkového jadra, v ktorých je zapísaná genetická informácia.
- každý obsahuje jednu lineárnu molekulu DNA
- jadrové gény v chromozóme majú presnú polohu vo väzbovej skupine (=súbor génov jedného chromozómu)
- chromozómy sú charakteristické počtom, tvarom a veľkosťou
- bunky každého druhu majú konštantný počet chromozómov
- základný je počet chromozómov v pohlavných bunkách = jeden súbor chromozómov, haploidný (n)
- všetky telové bunky daného organizmu obsahujú dva chromozómové súbory, sú diploidné (2n) – dvojice chromozómov jedného páru=homologické chromozómy (rovnaký genetický obsah, štruktúra a tvar), chromozómy z rôznych párov sú nehomologické
- párové chromozómy=autozómy + jeden pár pohlavných chromozómov (gonozómov)
- v nedeliacom sa jadre (interfázovom) sú dešpiralizované a geneticky aktívne
- v priebehu bunkového delenia sa skracujú, špiralizujú, hrubnú
- v metafáze pozostávajú z dvoch chromatíd spojených centromérou
- podľa polohy centroméry môžu byť chromozómy rovnoramenné a nerovnoramenné
- základnou stavebnou jednotkou eukaryotického chromozómu je chromatínové vlákno – chromatín (DNA a bielkoviny)
- základnou štrukturálnou jednotkou chromatínu je nukleozóm, dva susediace nukleozómy sú spojené vláknom DNA (pripomína to korálky navlečené na šnúrke)
- súbor chromozómov jednej somatickej bunky charakteristický pre danú systemetickú skupinu organizmov sa nazýva karyotyp
- karyotyp človeka má 46 chromozómov, ktoré tvoria 23 párov, zaraďujú sa podľa veľkosti a tvaru do 7 skupín
BUNKOVÉ DELENIE eukaryotov má genetickú podstatu a zásadné genetické dôsledky, ktoré sa prejavujú predovšetkým –
REDUKCIOU, SEGREGÁCIOU, KOMBINÁCIOU a REKOMBINÁCIOU chromozómov počas reprodukcie buniek.
Eukaryotické organizmy sa rozmnožujú pohlavne a nepohlavne.
Nepohlavné je zabezpečené mitótou a pohlavné meiózou.
Mitóza a jej genetické dôsledky
- je to nepriame delenie bunkového jadra
- je to proces, pri ktorom z jednej diploidnejmaterskej bunky počas štyroch fáz (profáza, metafáza, anafáza, telofáza) vznikajú dvedcércke bunky s takým istým počtom chromozómov, ako mala materská bunka (2n 2n)
- vlastnému deleniu bunky – karyokinéze a cytokinéze – predchádza interfáza, kde v rámci syntetickej fázy bunkového cyklu dochádza k zdvojeniu genetickéhomateriálu – replikácii DNA výsledkom sú dve rovnaké kópie chromozómu – sesterské chromatidy, čo umožňuje presné rozdelenie materského genetického materiálu medzi dve dcérske bunky
- pre všetky typy nepohlavného rozmnožovania ide o priame pokračovanie už existujúcej bunky (jedinca), pričom sa genetická informácia nemení (môže len mutáciou) a novovzniknuté bunky alebo organizmy s rovnakým genetickým materiálom nazývame klon
Meióza a jej genetické dôsledky
- bunkové delenie, pri ktorom vznikajú gaméty s haploidným počtom chromozómov (gametogenéza – diferenciácia haploidných buniek na gaméty)
- preto, že pri pohlavnom rozmnožovaní sa zlučujú súbory chromozómov od otca a od matky, je biologicky nevyhnutná redukcia počtu chromozómov ešte pred oplodnením, aby sa po oplodnení znovu obnovil diploidný počet chromozómov
- meióze predchádza tiež interfáza a zdvojenie chromozómov – replikácia DNA
- meióza prebieha v dvoch za sebou idúcoch deleniach, meióza I. a meióza II.
Meióza I.:
- redukčné delenie, počet chromozómov sa zredukuje z 2n na n
- v profáze Isa párové – homologické chromozómy, zložené z dvoch chromatíd, prikladajú k sebe a vytvárajú bivalenty (vytvorí sa tetráda chromatíd)
- nastáva crossing-over (prekríženie) – neseterské chromatidy si recipročne vymenia svoje homologické časti, čoho dôsledkom je vznik rekombinácií
- rekombinácia je vznik chromozómov, ktoré majú skombinované gény otcovského a materského pôvodu
- v anafáze Inastáva segregácia – rozchod párových chromozómov – k opačným pólom bunky, čoho dôsledkom je redukcia počtu chromozómov na polovicu
- ktorý z dvojice párových chromozómov odíde ku ktorému pólu, je len vecou náhody
Meióza II.:
- prebieha tak, ako mitóza, ale na haploidnej bunke
Genetický význam meiózy:
- segregácia a náhodná distribúcia chromozómov
- redukcia počtu chromozómov na polovicu
- po meióze má každé jadro dcérskej bunky náhodnú kombináciu chromozómov, t. j. od matky a od otca
- crosssing-ouver rozširuje kombinačnú premenlivosť v pohlavných bunkách
- prostredníctvom meiózy a oplodnenia sa udržuje rovnaký počet chromozómov v generáciách pohlavne sa rozmnožujúcich organizmov, zachováva sa druhová stálosť
Mitóza – k zdvojeniu chromozómov dôjde raz, k rozdeleniu bunky raz
- z jednej diploidnej materskej bunky vzniknú dve totožné dcérske diploidné bunky
Meioza – k zdvojeniu chromozomov dôjde raz, k rozdeleniu bunky dvakrát
- z jednej diploidnej bunky vzniknú najprv dve haploiné bunky so zdvojenými chromozómami a potom štyri haploidné bunky s jednochromatidovými chromozómami
Mendelevove zákony
- skúmal vlastnosti, ktoré sa vyskytujú v alternatívnej podobe (teda buď-alebo, červené alebo biele kvety hrachu, žlté alebo zelené semená, guľaté alebo hranaté semená)
- rastliny krížil a vyberal tak dlho, kým nezískal línie, ktoré pri ďalšom krížení mali len jednu z párových vlastností (dnes ich nazývame čisté línie)
- potom krížil čistú líniu jedincov s červených kvetov s jedincami s bielymi kvetmi a dostal len jedincov s červenými kvetmi
- v ďalšej generácii sa však krížením týchto jedincov s červenými kvetmi objavili aj jedinci s bielymi kvetmi
- zistil, že vlastnosť, ktorá v prvej genarácii zmizla, sa objavila v druhej generácii v štvrtine prípadov
- na základe týchto skúseností sformuloval pravidlá dedičnosti kvalitatívnych znakov, ktoré dnes poznáme ako Mendelove zákony
- základná metóda, ktorú pri svojom výskume používal, sa dnes nazýva kríženie – hybridizácia, t. j. sledovanie znakov potomstva získaného pohlavným rozmnožovaním
- všeobecne sa pod týmto pojmom chápe párenie dvoch jedincov s odlišnými genotypmi a ich potomok sa nazýva kríženec, hybrid
- mendelizmus vysvetľuje, ako sa dedia kvalitatívne znaky a ako sa budú správať v nasledujúcich generáciách po krížení
- kvalitatívne znaky sa väčšinou dedia monogénne (podmieňuje ich jeden gén)
- tento gén sa môže vyskytovať v rozličných formách – alelách
- v diploidnom organizme je každý gén zastúpený dvoma alelami – jedna je od otca, druhá od matky
Označenie alel:
- A, a – ak má gén dve alely, jedna je dominantná, druhá recesívna
- A1, A2, A3 – ak má gén viac alel
- W, w – z anglickégo white, farba oči ovocnej mušky, medzinárodné označenie
Označenia generácií:
- P – rodičovská generácia, parentálna
- F – generácia potomkov, (F1, F2 – prvá filiálna, druhá filiálna)
Dve alely jedného génu môžu byť vo vzájomnom vzťahu:
- úplnej dominancie, úplnej recesivity (AA má rovnaký fenotyp ako Aa)
- neúplnej dominancie, neúplnej recesivity (AA má iný fenotyp ako Aa)
- neúplá dominancia – intermediarita – obe alely sa podieľajú na vytvorení znaku približne rovnakou intenzitou (to sa vyskytuje len výnimočne, napríklad kvet nocovky AA je červený, Aa ružový, aa biely)
Mono-, di-, poly-hybridizmus – proces kríženia, pri ktorom sledujeme dedičnosť jedného, dvoch, viacerých znakov, v ktorých sa líšia rodičia.
- Mendelov zákon (zákon o jednotnosti prvej generácie krížencov) (zákon uniformity prvej generácie)
= kríženie homozygota s homozygotom
- Ak sú obaja rodičia rovnakí homozygoti (AA x AA alebo aa x aa), budú potomkovia opäť homozygotní.
P: AA x AA aa x aa
G: A A a a
F1: AA aa
- Ak sú rodičia homozygotní, ale jeden je AA a druhý je aa, potom sú všetci potomkovia heterozygotní Aa. Celá generácia je uniformná a nazýva sa prvá filiálna generácia.
P: AA x aa
G: A a
F1 Aa
- Mendelov zákon – zákon o segregácii alel a ich kombinácii v druhej generácii krížencov
= kríženie heterozygotov
- štiepením dvoch heterozygotov z F1 vzniká súbor jedincov, ktorí tvoria druhú filiálnu generáciu F2, ktorá nie je jednotná, dochádza v nej k rôznej kombinácii alel a objavia sa v nej znaky oboch rodičov. Genotypový štiepny pomer je 1 : 2 : 1
P: Aa x Aa
G: A,a A,a
F1: AA Aa Aa aa – počet genotypov 3
GŠP: 1 : 2 : 1
FŠP: 3 : 1 (úplá dominancia) – počet fenotypov 2
1 : 2 : 1 (neúplná dominancia) – počet fenotypov 3
( AA – dominantný homozygot, Aa – heterozygot, aa – recesívny homozygot)
Mendelove zákony – dihibridné kríženie
- kríženie, pri ktorom sa rodičia odlišujú v dvoch sledovaných znakoch
- potomstvo, ktoré vznikne z takéhoto kríženia sa nazýva dihybrid
- Mendelov zákon – zákon o voľnej kombinovateľnosti alel rôznych alelických párov
- sledujeme dedičnosť dvoch párov alel, ktoré podmieňujú vznik dvoch znakov
- každý pár sa správa samostatne a riadi sa pravidlami, ktoré platia pri monohybridizme
- medzi alelami génov, ktoré ležia na rôznych chromozómoch existuje voľná a nezávislá kombinovateľnosť
- dihybrid vytvára 4 typy gamét
P: AABB x aabb alebo AAbb x aaBB
G: AB ab Ab aB
F1: AaBb AaBb
AaBb x AaBb
G: AB,Ab,aB, AB AB,Ab,aB,ab
F2: vznikne 16 kombinácií týchto gamét
G: AB Ab aB ab
AB AABB AABb AaBB AaBb šľachtiteľské novinky:
Ab AABb AAbb AaBb Aabb Aabb, aaBB
aB AaBBAaBb aaBB aaBb
ab AaBbAabb aaBb aabb
- vznikne 9 rôznych genotipov:
AABB, AABb, Aabb, AaBB, AaBb, Aabb, aaBB, aaBb, aabb
- GŠP: 1 : 2 : 1 : 2 : 4 : 2 : 1 : 2 : 1
- FŠP: D1D2 : D1R2 : R1D2 : R1R2
9 : 3 : 3 : 1 (4 rôzne fenotypy)
Spätné kríženie – je kríženie heterozygota s homozygotom
- Aa x AA (s dominantným) alebo Aa x aa (s recesívnym – testovacie kríženie,
AA, AA, Aa, Aa, Aa, Aa, aa, aa či Aa je čistokrvný)
(nie je, lebo sa objavili 2 rôzne fenotypy)
(AA x aa – objavil by sa len 1 fenotyp)
Kodominancia
- vzťah medzi dvoma alelami, keď sa vo fenotype prejavuje účinok obidvoch
- príkladom je dedičnosť krvných skupín človeka v systéme ABO
- alely: A, B, O
- genotypy: AA, AO, BB, BO, AB, OO
- fenotypy: krvné skupiny A, B, AB, O
- genotyp +udí s krvnou skupinou AB sa nazýva kodominantný, každá alela sa vo fenotype realizujw samostatne
Platnosť Mendelových zákonov
- majú všeobecnú platnosť (pre mikroorganizmy, rastliny, živočíchy aj pre človeka)
Platia za predpokladu:
- jeden gén kóduje jeden znak (monogénna dedičnosť)
- gény sú lokalizované v autozómoch – autozómová dedičnosť
- ak sledujeme viac ako jeden znak, každý gén leží na inom chromozóme
- rodičia musia byť homozygotní, jeden dominantný, druhý recesívny
Dedičnosť a pohlavie
- pri pohlavnom rozmnožovaní vzniká nový jedinec náhodným splynutím gamét rodičov, preto je potomstvo genotypovo rôznorodé
- genetická výbava v jadre telových buniek obsahuje polovicu chromozómov od otca a polovicu od matky
- každý typ chromozómov je zastúpený dvakrát, sú to párové autozómy a jeden pár navzájom rozdielnych chromozómov, ktoré nazývame pohlavné chromozómy (gonozómy) označované X a Y
- o génoch, ktoré sú umiestnené na pohlavných chromozómoch, hovoríme, že sú viazané na pohlavie
- pohlavné chromozómy sa podieľajú na genetickej determinácii, určení pohlavia
- chromozóm Y je obyčajne menší ako chromozóm X
- niektorým organizmom chromozóm Y chýba, označujeme ich XO
- pohlavné chromozómy sú rôzneho tvaru, preto ich nazývame heterochromozómy
- XX – homogametné pohlavie – produkuje len jeden typ gamét s chromozómom X
- XY – heterogametné pohlavie – produkuje s rovnakou pravdepodobnosťou dva typy gamét – gaméty s chromozómom X a s chromozómom Y
- dcéra má vždy dva chromozómy X, jeden od matky, jeden od otca
- syn má vždy chromozóm Y od otca a X od matky
Dedičnosť viazaná na pohlavie
- chromozóm Y je menší, preto má podstatne menší počet génov
- pohlavné chromozómy majú homologické a nehomologické úseky
- nehomologické úseky sú tie, ktoré sa nachádzajú na chromozóme X a nenachádzajú na chromozóme Y a naopak
- alela lokalizovaná na nehomologickom úseku X nemá preto párovú alelu na chromozóme Y
- muž bude mať teda pre gény lokalizované na nehomologickom úseku len jednu alelu, bude teda hemizygot (nie homozygot ani heterozygot)
- v tom prípade sa recesívna alela sa vo fenotype prejaví vždy, aj keď je jedna
- u žien sa recesívna alela vo fenotype prejaví len vtedy, ak sú dve, ak nie je prítomná dominantná alela na druhom chromozóme
- ženy sú preto prenášačkami tejto recesívnej alely, prenášačkami chorôb ako heterozygoti (XXh, XXd)
Podľa toho, v ktorom úseku chromozómu sú lokalizované gény, rozlišujeme:
- dedičnosť viazanú na chromozóm X – gény sú lokalizované na jeho nehomologickú časť
- dedičnosť viazanú na chromozóm Y – gény sú lokalizované na nehomologickú časť chromozómu Y
- dedičnosť neúplne viazanú na pohlavie – gény sú lokalizované v homologickom úseku chromozómov X a Y
Najznámejšou je dedičnosť viazaná na chromozóm X:
Pr. Daltonizmus u človeka
Alely: X – dominantná, Xd – recesívna
Genotypy: XX – dominantný homozygot, X Xd – heterozygot, Xd Xd – recesívny homozygot
XY, XdY – hemizygoti
Fenotypy: XX – zdravá žena XY – zdravý muž
X Xd – zdravá žena, prenášačka XdY – chorý muž
Xd Xd – chorá žena
P: XX x XdY reciproké XdXd x XY
F1: XXd XXd XY XY kríženie XXd XXd XdY XdY
zdravé dcéry zdraví synovia zdravé dcéry chorí synovia
prenášačky prenášačky
- výsledky reciprokého kríženia nie sú rovnaké
- prejavuje sa dedičnosť krížom , znaky po matke dedí syn, po otcovi dcéra
- muž nikdy neodovzdáva genetickú informáciu synovi v X chromozóme
Pr. Otec je hemofilik, matka je zdravá, syn je hemofilik. Po kom zdedil syn chorobu?
XdY x XXd Syn zdedil chorobu po matke, matka bola zdravá, prenášačka.
XdY Od matky dostal Xd a od otca Y.
Typy heterogametnosti
- typ drozofila (cicavčí) – sem patrí aj človek, samička XX (tvorí jeden typ gamét s X), samček XY (tvorí dva typy gamét, s X aj s Y)
- typ abraxas (vtáčí) – vtáky, ryby, motýle, samička XY (tvorí dva typy gamét, s X aj s Y), samček XX (tvorí jeden typ gamét s X)
Väzba génov
Výskyt dvoch alebo viacerých lokusov na jednom chromozóme sa nazýva väzba génov. Súbor génov ležiacich na jednom chromozómovom páre vytvára jednu väzbovú skupinu.Pravidlá o väzbe génov zaviedol Morgan.
- gény lokalizované v jednom chromozóme sa dedia spoločne (génová väzba)
- gény v chromozóme sú uložené lineárne
- medzi homologickými chromozómami môže prebehnúť crossing-over
Mimojadrová dedičnosť
- časť genetickej informácie je uložená aj mimo jadra, a to v mitochondriách a chromozómoch
- tieto gény sa podieľajú na riadení tvorby mitochondrií a chloroplastov
- pri tejto dedičnosti neplatia Mendelove pravidlá
- príkladom tejto dedičnosti je dedičnosť panašovaných – pestrofarebných rastlín
Mutácie
- dedičnosť a premenlivosť je základnou podmienkou evolúcie života
- premenlivosť (variabilita) je základnou charakteristikou živých bytostí
Príčiny premenlivosti sú dedičné a nededičné.
- dedičná premenlivosť je spôsobená rozdelením alel do gamét počas meiózy, rekombináciami ako výsledok crossing-overu, pohlavným rozmnožovaním, mutáciami
- nededičná premenlivosť je spôsobená vonkajším prostredím
Mutácie sú dedičné zmeny, ktoré sa prejavujú ako trvalé a jedinečné zmany znakov a vlastností organizmu, ktoré sú podmienené zmenami v ich DNA.
- súvisia so zmenou genotypu, ale nemusia sa aj fenotypovo prejaviť
- pre evolúciu sú najpodstatnejším zdrojom rozšírenia prirodzenej variability
- vo väčšine prípadov sú pre nositeľa nepriaznivé a škodlivé
- sú základom vzniku nových druhov v prírode
- mutanty – jedince, ktoré nesú zmenenú genetickú informáciu
- mutagény – látky alebo faktory, ktoré zvyšujú početnosť mutácií
- rozdeľujeme ich na fyzikálne (ÚV žiarenie), chemické (rôzne chemické látky) a biologické (onkovírusy)
- antimutagény – látky znižujúce frekvenciu mutácií, spravidla antioxidanty, teda látka zabraňujúce tvorbe voľných radikálov, napr. vitamín C a E, karotenoidy, selén
Rozdelenie mutácií:
- podľa spôsobu vzniku: spontánne a indukované
- podľa typu zasiahnutej bunky: gametické a somatické
- podľa veľkosti genetickej informácie, ktorú zasiahnú:
- génové – zmeny v molekule DNA
- chromozómové – zmeny v štruktúre a tvare chromozómov
- genómové – zmeny v počte chromozómov alebo chromozómových sád
Génové mutácie
- dedičné zmeny v jednom géne, ktoré vznikajú vsunutím alebo vypadnutím jedného alebo viacerých nukleotidov, alebo zámenou jedného alebo viacerých nukleotidov v molekule DNA
- sú príčinou vrodených porôch metabolizmu (podľa chybného génu sa nesyntetizuje určitý enzým) – fenylketonúria, hemofília, alkaptonúria
- génové mutácie poznáme – substitúcia (zámena), delécia (strata), inzercia (vsunutie) jedného alebo viacerých nukleotidov
Chromozómové mutácie – vzniká jeden alebo viac zlomov v chromozóme
- strata časti chromozómu (delécia)
- zdvojenie úseku chromozómu (duplikácia)
- otočenie určitej časti o 180o (inverzia)
- výmena úsekov medzi mehomologickými chromozómami
Genómové mutácie
- polyploidia – zvýšenie počtu chromozómových sád (u človeka a u cicavcov sa nevyskytuje) – u rastlín má pozitívny šľachtiteľský význam
- haploidia – typická pre pohlavné bunky, počet chromozómov je redukovaný na polovicu
- aneuploidia – jeden alebo viac chromozómov chýba, alebo je naviac (do počtu chromozómov jednej chromozomovej sady)
- najznámejšie aneuploidie sú Downov syndrom – trizomia 21 chromozómu, Edwardov syndróm – trizomia 18 chromozomu, Turnerov syndrom – chýbanie jedného z X chromozomov, Klinefelderov syndrom – zdvojenie X chromozomu muža
Dedičnosť kvantitatívnych znakov
znak – každá vlastnosť živého organizmu, ktorá je dedične podmienená
znaky podľa fenotypového prejavu delíme na: kvalitatívne a kvantitatívne
kvalitatívne znaky:
- pri krížení v nasledujúcej ganarácii vytvárajú presné vymedzené fenotypové kategórie
- krvné skupiny, niektoré dedičné choroby, sfarbenie
- znak je alebo nie je prítomný (normálne alebo zakrpatené krídla, krvná skupina A, B, AB alebo O, andulka je modrá, žltá alebo zelená)
- hovoríme o alternatívnej premenlivosti
- sú podmienené jedným génom, príslušné gény, ktoré kódujú kvalitatívne znaky, sa nazývajú gény veľkého účinku
- vplyvprostredia pre kvalitatívne znaky je zanedbateľný (gény veľkého účinku majú silný fenotypový účinok)
kvantitatívneznaky:
- telesné rozmery, inteligencia, rastové schopnosti, úžitkové vlastnosti
- sú podmienené viacerými génmi – polygénmi, tzv. gény malého účinku (každý gén sa podieľa na vytvorení určitého fenotypu svojím malým podielom)
- fenotypová premenlivosť je podmienená okrem genotypového založenia účinkamivonkajšiehoprostredia(majú slabý fenotypový účinok)
- pre kvalitatívne znaky sa vytvára veľký počet genotypov (lebo sa dedia veľkým počtom génov z rôznych lokusov)
- kvantitatívna genetika používa preto pri analýzach matematické metódy
- súčasťou polygenného systému sú aktívne a neutrálne alely
- Gaussova krivka (krivka normálneho rozloženia) vyjadruje výskyt jedincov s určitou hodnotou daného kvantitatívneho znaku, najvyšší počet jedincov je okolo priemernej hodnoty a odtiaľ v oboch smeroch klesá
- pri kvantitatívnych znakoch platí: genotyp + fenotyp = fenotyp
Dedivosť
- označuje sa h2 a hodnoty sú od 0 po 1
- ak h2 = 0, 25 , na premenlivosti sa genotyp podieľa 25% a fenotyp 75%
- ak h2 = 0, 7, na premenlivosti sa genotyp podieľa 70% a fenotyp 30%
Populačnágenetika
- študuje dedičnosť a premenlivosť veľkých skupín jedincov
Populácia – spoločenstvo organizmov jedného druhu, ktoré sa pohlavne rozmnožujú, majú plodné potomstvo a sú časovo a priestorovo oddelené od iných príslušníkov toho istého druhu
- populácia je genotypovo a fenotypvo polymorfná
genofond – súbor všetkých génov všetkých členov určitej populácie
v konkrétnych formách, alelách
- populácie poznáme veľké (vyše 100 členov) a malé, rozhodujúci je však počet členov, ktorí sú schopní žiť a rozmnožovať sa v určitom prostredí
- malé populácie nie sú schopné zabezpečiť vytvorenie reprezentatívnej vzorky génov
- vznikajú obyčajne rozdelením veľkej populácie na menšie celky (subpopulácie)
genetické izoláty – malé populácie, niekoľko generácii izolované od ostatných populácií (najčastejšie v dôsledku geografickej izolácie)
- genetická variabilita v týchto populáciách je znížená, majú malý počet jedincov
- čím je populácia izolovanejšia, tým je menšia pravdepodobnosť, že sa prispôsobí zhoršujúcim sa podmienkam prostredia
panmixia – ak v populácii prebieha náhodné párenie, každý jedinec má rovnakú
pravdepodobnosť spáriť sa s ktorýmkoľvek jedincom opačného pohlavia
- v ľudskej populácii panmixia neexistuje
- panmixia udržiava konštanntný pomer genotypov v populácii
autogamia – samičia gaméta je oplodnená samčou gamétou z toho istého jedinca
(samoopelenie rastlín)
inbríding – kríženie medzi príbuznými jedincami, ktorí majú spoločného predka
- autogamia a imríding znižujú genetickú heterogenitu populácie a prispievajú k homogenite (zvyšuje počet homozygotov, heterozygotov redukuje, až vymiznú)
- panmixia zabezpečuje náhodnosť kríženia a tým dostatočnú rôznorodosť jedincov v populácii
Predmetom štúdia populácie môžu byť kvalitatívne i kvantitatívne znaky.
Genetická štruktúra populácie
- príklad jedného autozómového, monogénne podmieneného znaku
- alely A, a
- genotypy AA, Aa, aa
- N-celkový počet jedincov populácie, D-počet domintných homozygotov AA,
H – počet heterozygotov Aa, R-počet recesívnych homozygotov aa
D + H + R = N
– P – početnosť AA (D/N) p – početnosť dominantnej alely
– H – početnosť Aa (H/N) P + H + Q = 1 q – početnosť recesívnej alely
– Q – početnosť aa (R/N) p2+2pq+q2=1 p + q = 1
Hardyho-Weinbergov zákon (zákon o populačnej rovnováhe)
P = p2
H = 2pq p2+2pq+q2=1
Q = q2
Početnosť jednotlivých genotypov v panmiktickej populácii je stála. Platí p2+2pq+q2 = 1
Zákon platí ak:
- populácia je dostatočne veľká, panmiktická
- jedinci všetkých genotipov sú plodní
- rovnováha v nej nie je narušená mutáciami, selekciou a migráciou
Pr. Cystická fibróza sa vyskytuje v našej populácii s frekvenciou 1 : 2000. Aké sú frekvencie výskytu všetkých genotypov a alel.
frekvencia recesívnych homozygotov Q = 1/2000 = 0,0005
frekvencia recesívnej alely q = √Q = √0,0005 = 0,023
frekvencia dominantnej alely p = 1 – q = 1 – 0,023 = 0,977
frekvencia dominantných homozygotov P = p2 = 0,9772 = 0,9545 = 95,45 %
frekvencia heterozygotov H = 2pq = 2. 0,977. 0,023 = 0,045 = 4,5 %
Pr. 16 % ľudí na Slovensku má rh negatív. Aké sú početnosti výskytu všetkých genotypov a alel. (alely R, r, genotypy RR, Rr, rr)
početnosť recesívnych homozygotov rr Q = 0,16
početnosť recesívnych alel r q = √Q = √0,16 = 0,4
početnosť dominantnej alely R p = 1 – q = 1 – 0,4 = 0,6
početnosť dominantných homozygotov RR P = p2 = 0,62 = 0,36
početnosť heterozygotov Rr H = 2pq = 2.0,6. 0,4 = 0,48
V populácii na Slovensku je 36 % RR, 48 % Rr, 16 % rr, 60 % alel R, 40 % alel r.
Getika človeka
- samostatný vedný odbor
- zaoberá sa dedičnosťou normálnych ľudských znakov (napr. krvné skupiny) a dedične podmienenými chorobami a odchýlkami
- klinická genetika študuje geneticky podmienené odchýlky, choroby (zameriava sa na diagnostiku, liečbu a prevenciu)
- cytogenetika študuje zmeny počtu a štruktúry chromozómov a ich klinické prejavy
- molekulová genetika rieši nové poznatky z oblasti štruktúry a regulácie funkcie génov, genetického inžinierstva a génovej terapie
- pre človeka platia tie isté zákony dedičnosti ako pre iné organizmy, ale genetika človeka má špecifickémetódyvýskumu a praktickej aplikácie poznatkov, lebo:
- človeka nemožno zámerne krížiť z hľadiska etiky a morálky
- človek má malý počet potomkov a generačná doba človeka je dlhá (20 – 25 rokov), maximálne možno posúdiť 2 – 4 generácie
- človek má zložitý genotyp, väčšina znakov je polygénna, vplyv prostredia si človek dokáže korigovať (lekárska starostlivosť, úprava stravy, sociálne podmienky)
- človek je viac ako rastliny a živočíchy ovplyvňovaný sociálnym prostredím, výchovou, kultúrou, zamestnaním
- pri práci v oblasti genetiky človeka sa musia rešpektovať právne predpisy, ktoré sú záväzné pre lekársku prax (zodpovednosť za zverejňovanie informácií)
- napriek tomu dosiahla genetika pozoruhodné výsledky, ktoré prispeli k zdokonaľovaniu diagnostiky, liečenia i prevencie
Metódy genetiky človeka
- rodokmeňová metóda (genealogická)
- výskum dvojčiat (gemelologický výskum)
- populačný výskum
- študuje karyotypy
- genetické a biochemické metódy
Molekulová genetika človeka
- ľudský genóm obsahuje asi 30 000 až 40 000 génov
- v súčasnosti sa uskutočňuje celosvetový projekt štúdia ľudského genómu, ktorého cieľom je prečítať si vlastnú genetickú informáciu
- molekulová DNA diagnostika umožňuje určiť dedičné vlohy v ktoromkoľvek štádiu vývinu – z buniek blastuly, plodu, placenty (prenatálna diagnostika), z ktorýchkoľvek buniek po narodení (postnatálne)
- molekulová diagnostika sa využíva pri chorobách zapríčinených mutáciami jednotlivých génov (monogénne ochorenia), keď zmena funkcie enzýmu vedie k zmene metabolizmu, výsledkom je patologický stav
- molekulová diagnostika sa uplatňuje aj pri nádorových ochoreniach, ktoré vznikajú ako dôsledok mutácie v jednej bunke, ktorá sa pod jej vplyvom začne nekontrovĺovateľne deliť a vznikne nádor
Štúdium karyotypov človeka
- štúdium zastavy a štruktúry chromozómov je súčasťou lekárskej cytogenetiky
- chromozómy sa rozdeľujú do 7 skupín (A až G)
- karyotyp ženy je 46, XX, karyotyp muža je 46, XY
- využívajú sa prúžkovacie metódy, pri ktorých sa využíva to, že po farbení sa časti chromozómov farbia nerovnomerne a tak na nich vznikajú širšie a užšie rôzne zafarbené prúžky, typické pre každý chromozóm
- ľudské chromozómy sa najčastejšie vyšetrujú z krvných buniek, z kostnej drene alebo z kože, dajú sa vyšetriť aj prenatálne z plodovej vody (amniocentéza – v 10 až 14 týž.)
- umožňujú diagnostiku mnohých dedičných a genetických chorôb
- bunky sa využívajú aj pre DNA testy, kde sa preukáže, kto je nositeľom určitého dedičného ochorenia
- mnohé genetické choroby sú podmienené chromozómovými mutáciami, ich počet rastie s vekom matky (napr. Downov syndróm – trizómia 21. páru chromozómov vzniká chybnou meiózov buniek matky)
- genetický skríning – dlhodobé sledovanie rizikových ľudí a rodín, umožňuje postupné odhaľovanie liečenia dedičných chorôb
Rodokmeňová analýza
- študujú sa rodokmene, skúmaná osoba sa nazýva proband
- zostavujú sa schémy, muž sa označuje štvorčekom, žena krúžkom, postihnutí majú plnú značku, zdravé osoby prázdnu značku, bodka v značke znamená heterozygota, manželstvo sa značí čiarou spájajúcou oboch manželov, jedna generácia je zachytená v jednom riadku, generácie sa označujú rímskymi číslicami, členovia jednej generácie arabskými číslicami
- dominantne autozomálne dedičné choroby sú viacprstosť – polydaktylia, krátkoprstosť – brachydaktylia
- recesívne autozomálne dedičné sú galaktozémia – neschopnosť odbúravať galaktózu (spôsobuje poškodenie obličiek, sleziny a spomalenie psychického vývinu), fenylketonúria – fenylalanín sa nemení na tyrozín (vyvoláva to pomalé poškodenie mozgu), celiakia – neschopnosť stráviť lepok (vážne metabolické ochorenie, vyvoláva poruchy tráviacej sústavy, pacienti musia mať bezlepkovú diétu), albinizmus – neschopnosť syntetizovať melanín
- recesívnadedičnosťviazanánapohlavie – hemofília – neschopnosť zrážania krvi, daltonizmus – neschopnosť rozlišovať zelenú a červenú farbu
Genetické poradenstvo a prenatálna genetická diagnostika
- poznanie zákonov dedičnosti umožňuje predvídať vznik patologického znaku – choroby
- genetické poradenstvo umožňuje ľuďom získať informácie o dedičnosti, väčšinou dedičnosti choroby a pravdepodobnosť jej výskytu u seba, potomkov, príbuzných
- vyšetrenie spočíva v zhotovení rodokmeňa, stanovení klinickej a genetickej diagnózy a odporučenia postupu, ktorý by prípadné riziko znížil, či vylúčil – prevencia
- vyšetrujú sa aj chromozómy, analyzuje sa DNA, používajú sa ďalšie metódy
- návšteva genetickej poradne je dobrovoľná, údaje podliehajú lekárskemu tajomstvu
- o výsledku genetického vyšetrenia má byť podaná informácia pravdivo a v plnom rozsahu, ukončenie gravidity z genetických dôvodov sa len odporučí do 24. týždňa
pri vážnom poškodení plodu, rozhodnitie matky je dobrovoľné
- k preventívnym opatreniam patrí konzultácia pri výbere partnera, ochrana pred mutagénmi, vyhľadávanie a vyšetrovanie osôb a rodín
Dedičnosť normálnych znakov
- význam má výskum znakov, ktoré určujú genetickú identitu jedinca – dôležité pre identifikáciu osôb (daktyloskopia – odtlačky prstov, dedičnosť krvnýchskupín
pri určovaní otcovstva, sfarbenie pokožky a vlasov)
- študuje sa aj správanie sa človeka, dedičné dispozície k tučnote, neuróze a pod.
Génové manipulácie a ich praktické využitie
- vytváranie umelých organizmov určených na produkciu významných ľudských, živočíšnych, bakteriálnych alebo vírusových bielkovín (hormóny, vakcíny, enzýmy)
- konštrukcia mikroorganizmov, ktoré by rozkladali látky znečisťujúce prostredie, chránili by pred škodcami, využívali by atmosférický dusík, produkovali bielkoviny s vyšším obsahom amnokyselín
| Podobné práce | Typ práce | Rozsah | |
|---|---|---|---|
|
|
Úvod do genetiky a genetické pojmy | Maturita | 687 slov |
|
|
Úvod do genetiky | Ostatné | 4 218 slov |
|
|
Dědičnost a genetika člověka | Referát | 1 582 slov |
|
|
Genetika | Maturita | 3 675 slov |
|
|
Genetika – otestuj sa | Referát | 2 318 slov |
|
|
Genetika prokaryontov | Učebné poznámky | 332 slov |
|
|
Genetika človeka | Učebné poznámky | 313 slov |
|
|
Genetika I | Maturita | 1 243 slov |
|
|
Genetika II | Maturita | 1 810 slov |
|
|
Genetika – downov syndróm | Referát | 3 165 slov |
|
|
Molekulová genetika človeka | Učebné poznámky | 339 slov |
|
|
Genetika | Referát | 3 758 slov |
|
|
Genetika populácii | Ostatné | 474 slov |
|
|
81. Genetické určenie pohlavia a dedičnosť znakov viazaných na pohlavie | Maturita | 149 slov |
|
|
83. Genetika človeka | Maturita | 205 slov |