Genetika – Úvod do genetiky

Prírodné vedy » Biológia

Autor: agile
Typ práce: Ostatné
Dátum: 07.10.2025
Jazyk: Slovenčina
Rozsah: 5 062 slov
Počet zobrazení: 1 157
Tlačení: 75
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.

  1. 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

  1. 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:

  1. podľa spôsobu vzniku: spontánne a indukované
  2. podľa typu zasiahnutej bunky: gametické a somatické
  3. 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
Oboduj prácu: 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1


Odporúčame

Prírodné vedy » Biológia

:: KATEGÓRIE – Referáty, ťaháky, maturita:

Vygenerované za 0.013 s.