Notatki na zaliczenie końcowe Genetyka, Notatki z Genetyka

Pobierz Notatki na zaliczenie końcowe Genetyka i więcej Notatki w PDF z Genetyka tylko na Docsity! Genetyka 1. Struktura i funkcja genów i chromosomów Geny ciągłe, inaczej niepodzielone, występujące głównie u organizmów prokariotycznych, w genomach mitochondrialnych człowieka. Geny nieciągłe, podzielone, występujące u organizmów eukariotycznych i archeonów. U eukariontów część strukturalna genu często jest nieciągła i składa się z odcinków kodujących – eksonów, przedzielonych odcinkami DNA niekodującymi – intronami. Na początku oraz na końcu genu występują części regulatorowe. Eksony to odcinki genu złożonego (a także pierwotnego produktu jego transkrypcji), które nie są usuwane z sekwencji pierwotnego mRNA (pre mRNA) w‐ procesie składania RNA. Poszczególne egzony często kodują funkcjonalne podjednostki (tzw. domeny) danego białka. Introny są niekodującą częścią sekwencji genu rozdzielającą kodujące fragmenty (eksony). W wyniku składania RNA (zanim uzyska on pełną funkcjonalność) introny zostają usunięte. Introny występują przede wszystkim w genach eukariontów, zarówno w genach kodujących białka (mRNA), jak i tych, które kodują inne rodzaje RNA (tRNA, rRNA). W pojedynczym genie może występować do kilkudziesięciu intronów, a ich długość waha się od kilkudziesięciu do kilkuset tysięcy nukleotydów. Funkcja intronów nie jest do końca poznana, podobnie jak ich pochodzenie. Jednak uważa się, że introny:  stabilizują strukturę genu,  mają zdolność do autowycinania w RNA,  dają okazję do alternatywnego składania eksonów co przyczynia się do wzrostu różnorodności genetycznej organizmów.  w różny sposób regulują aktywność genów. Części regulatorowe genu, fragmenty DNA regulujące ekspresję genu, znajdują się na jego początku i końcu. Decydują, w zależności od potrzeb, typu i stanu metabolicznego komórki, a także bodźców zewnętrznych o poziomie ekspresji danego genu. Do części regulatorowej należy: sekwencja promotorowa (promotor), która określa miejsce rozpoczęcia oraz wydajność transkrypcji, element regulatorowy określający koniec genu i decydujący o zakończeniu transkrypcji (terminator), a także sekwencja DNA otaczająca promotor, która jest rozpoznawana przez specyficzne białka regulatorowe – represory i aktywatory wpływające na przebieg transkrypcji. 2. Replikacja, transkrypcja, translacja I. Replikacja Replikacja DNA polega na powielaniu genomu Replikacja DNA − proces, w którym podwójna nić DNA (podwójna helisa) ulega skopiowaniu (proces samoodtwarzania się DNA). Cechą charakterystyczną replikacji jest jej semikonserwatywny charakter, co oznacza, że każda nić DNA stanowi matrycę do wytworzenia nowej, potomnej nici. W wyniku procesu replikacji uzyskuje się na podstawie jednoniciowej matrycy DNA dwie nici potomne. Inicjacja replikacji rozpoczyna się w ściśle określonych miejscach zwanych ori. Miejsca te zawierają specyficzne sekwencje nukleotydowe służące przede wszystkim do wiązania białek inicjatorowych lub innych białek wspomagających proces replikacji, a także sekwencje, w obrębie których nici DNA się rozdzielają. Replikacja jest procesem nieciągłym. Oznacza to, że tylko jedna z nici DNA, zwana nicią wiodącą, może być wydłużana w sposób ciągły. Dotyczy to nici matrycowej biegnącej od 3’ do 5’. 1 Proces replikacji DNA składa się z trzech podstawowych etapów: Inicjacji Elongacji Terminacji Inicjacja zaczyna się zawsze w tym samym miejscu DNA, zwanym początkiem replikacji (ori). Jest to fragment o długości 200 – 300 par zasad. Po zainicjowaniu replikacji tworzą się tzw. widełki replikacyjne, które mogą się rozgałęziać w dwóch przeciwnych kierunkach. W większości genomów replikacja jest procesem dwukierunkowym. Inicjacja rozpoczyna się przez przyłączenie białek inicjatorowych do specyficznych sekwencji DNA zlokalizowanych w obrębie miejsca ori. Białka te powodują zmiany w strukturze DNA ułatwiające powstanie widełek replikacyjnych, a także regulują dołączanie do miejsca ori białek replikacyjnych niezbędnych do rozpoczęcia syntezy DNA. Elongacja. Jedna nić generowana jest w sposób ciągły zgodnie z kierunkiem przesuwania widełek replikacyjnych - jest to nić prowadząca (wiodąca). Druga nić jest tworzona fragmentarycznie w postaci krótkich fragmentów Okazaki w kierunku przeciwnym do ruchu widełek replikacyjnych. Każdy fragment Okazaki również zaczyna się od syntezy startera (krótkiego odcinka RNA), do którego dobudowywane są nukleotydy. Przyłączanie starterów do opóźnionej nici DNA jest katalizowane przez prymazę lub polimerazę DNA α. Następnie startery są wycinane a nowe fragmenty DNA łączone są w ciągłą nić (kierunek 5'→3'). Jest to nić opóźniona. Terminacja replikacji następuje w momencie ukończenia procesów przebiegających jednocześnie w różnych miejscach replikujących się cząsteczek DNA. Do terminacji dochodzi, gdy widełki replikacyjne replikonu natkną się na specjalną sekwencję terminacyjną dodaną na końcu liniowego DNA (tzn. w telomerze chromosomu). Terminacja to końcowa faza replikacji, po której następują przemiany poreplikacyjne (np. metylacja zasad azotowych w specyficznych miejscach) II. Transkrypcja Transkrypcję genetyczną można zdefiniować jako enzymatyczną syntezę RNA na matrycy DNA. Matryca jest odczytywana w kierunku 3' → 5', a nowa cząsteczka RNA powstaje w kierunku 5' → 3'. Transkrypcji podlega odcinek DNA od promotora do terminatora, nazywany jednostką transkrypcji. Transkrypcja dzieli się na trzy etapy: inicjację, elongację i terminację. Polimeraza RNA łączy się z odcinkiem promotorowym i tworzy kompleks inicjujący (inicjacja). Podczas procesu wydłużania nici mRNA (elongacji) przesuwająca się wzdłuż nici DNA polimeraza RNA rozplata ją i dołącza komplementarne nukleotydy mRNA. Proces zakończenia (terminacji) transkrypcji rozpoczyna się po odczytaniu przez polimerazę, znajdującej się za genem, sekwencji kończącej transkrypcję. Powoduje to odłączenie nowopowstałego transkryptu i polimerazy od matrycowej nici DNA. Istnieją różnice w jej przebiegu u prokariotów i eukariontów o czym przeczytasz w materiale: Porównanie transkrypcji eukariotycznej i prokariotycznej. III. Translacja Drugi etap ekspresji genu (translacja) u eukariontów odbywa się na rybosomach, w cytoplazmie komórki lub na siateczce śródplazmatycznej szorstkiej. Polega na biosyntezie białka, czyli wytworzeniu łańcucha polipeptydowego na podstawie kolejności nukleotydów tworzących kodony mRNA. W skład kompleksu translacyjnego wchodzą:  mRNA,  rybosomy (na których przeprowadzana jest synteza białka, w tym będące ich składnikami biokatalizatory tego procesu),  transportujący aminokwasy tRNA (aminoacylo-tRNA),  wspomagające cały proces białkowe czynniki translacyjne. Inicjacja  Inicjacja jest procesem, w którym formuje się kompleks translacyjny. U eukariontów do małej podjednostki rybosomu przyłącza się tRNA z aminokwasem startowym – metioniną (aa-tRNAIndeks górny metmet). Następuje przyłączenie mRNA końcem 5’ i odszukanie kodonu startowego AUG. Kompleks składający się 2 Telofaza Telofaza jest odwrotnością profazy i rozpoczyna się, gdy dwa zespoły chromosomów potomnych docierają do biegunów wrzeciona. Następuje dekondensacja (despiralizacja) chromosomów do chromatyny. Rozpoczyna się intensywna synteza rRNA, zostają odtworzone jąderko i otoczka jądrowa, prowadząc do uformowania dwóch nowych jąder komórkowych. Przywrócona zostaje aktywność metaboliczna komórki. Cytokineza Cytokineza jest podziałem cytoplazmy, który rozpoczyna się już pod koniec anafazy. W płaszczyźnie równikowej dzielącej się komórki powstaje „pierścień kurczliwy” zbudowany z włókien aktynowych i miozynowych. Skurcz tego pierścienia powoduje przewężenie i w konsekwencji podział komórki na dwie potomne. Równocześnie z podziałem jądra następuje podział i przemieszczenie do komórek potomnych organelli komórkowych. Powstałe komórki potomne mają co najmniej 25% większą powierzchnię niż komórka macierzysta. MEJOZA Jest to podział zachodzący w komórkach szlaku płciowego, prowadzący do powstania komórek potomnych o zredukowanej (haploidalnej) liczbie chromosomów w stosunku do komórki macierzystej, co zapobiega podwajaniu się ich liczby w wyniku zapłodnienia. Proces mejotyczny jest jedną z przyczyn zmienności organizmów, ponieważ podczas podziału mejotycznego zachodzi rekombinacja materiału genetyczna między parami chromosomów homologicznych (crossing-over). Mejoza składa się z dwóch kolejnych podziałów komórkowych: mejozy I (MI), czyli podziału redukcyjnego (zmniejszenie o połowę liczby chromosomów), i mejozy II (MII), czyli podziału ekwacyjnego (zmniejszenie zawartości DNA). Ostatecznie z jednej komórki macierzystej powstają cztery komórki potomne, z których każda zawiera o połowę mniej materiału genetycznego niż komórka macierzysta i o połowę mniej chromosomów (liczba haploidalna). Mejoza u człowieka występuje podczas gametogenezy (spermatogeneza i oogeneza), która prowadzi do powstawania odpowiednio plemników i komórek jajowych. Podziałowi mejotycznemu podlegają spermatocyty I i II rzędu oraz oocyty I i II rzędu. Pierwszy podział mejotyczny Pierwszy podział mejotyczny poprzedzony jest zawsze replikacją DNA, każdy chromosom składa się z dwóch chromatyd siostrzanych. Mejoza składa się z profazy, metafazy, anafazy i telofazy. Profaza I 5 Profaza jest szczególnie rozbudowana, wyróżnia się w niej następujące stadia: leptoten, zygoten, pachyten, diploten i diakinezę. W leptotenie rozpoczyna się przebudowa (kondensacja) chromosomu interfazowego. Z chromatyny wyodrębniają się nitkowate, nieuporządkowane chromosomy, które układają się przypadkowo. W stadium zygoten homologiczne chromosomy matczyne i ojcowskie zaczynają łączyć się w pary, zwane biwalentami. Proces ten nosi nazwę koniugacji chromosomów; jest on bardzo dokładny, homologiczne chromosomy układają się naprzeciw siebie. Każdy biwalent złożony jest z czterech chromatyd, tworząc tzw. tetradę. Całkowita liczba powstałych biwalentów odpowiada haploidalnej liczbie chromosomów w jądrze komórkowym. W stadium pachytenu chromosomy homologiczne są już całkowicie skoniugowane. Ważnym procesem zachodzącym w tym stadium jest Crossing-over, tj. wzajemna wymiana fragmentów między nie siostrzanymi chromatydami chromosomów homologicznych. W miejscach pęknięć chromatydy nie siostrzane krzyżują się ze sobą, tworząc chiazmy. Diploten zaczyna się od rozdzielenia chromosomów homologicznych z wyjątkiem punktów zwanych chiazmami, które nadal łączą ze sobą chromatydy nie siostrzane chromosomów homologicznych. W ostatnim stadium profazy I, diakinezie, chromosomy się kondensują i oddzielają od otoczki jądrowej, a chiazmy przesuwają się od centromeru ku końcowi. W każdym biwalencie widać wyraźnie cztery chromatydy. Metafaza I W prometafazie I, będącej stadium przejściowym między profazą I i metafazą I, mikrotubule wrzeciona podziałowego łączą się z biwalentami i przemieszczają je ku płaszczyźnie równikowej komórki, gdzie tworzą tzw. płytkę metafazową. Anafaza I W kolejnym stadium, zwanym anafaza I, chromosomy homologiczne wchodzące w skład biwalentu oddzielają się od siebie i wędrują ku przeciwnym biegunom komórki. Rozdział chromosomów homologicznych jest zupełnie przypadkowy i nosi nazwę niezależnej segregacji chromosomów. Telofaza I 6 W telofazie I powstają dwie komórki, z których każda zawiera haploidalną liczbę chromosomów z diploidalną ilością DNA. Część chromosomów danej komórki pochodzi od ojca, a część od matki. Po ukończeniu pierwszego podziału mejotycznego następuje podział cytoplazmy zwany cytokinezą, w którego wyniku komórka dzieli się na dwie komórki potomne. Drugi podział mejotyczny Drugi podział mejotyczny przebiega podobnie jak mitoza, z tym że odbywa się w komórkach haploidalnych. Po krótkotrwałej profazie II następuje metafaza II, w której chromosomy tworzą płytkę metafazową w płaszczyźnie równikowej wrzeciona podziałowego. Na początku anafazy II, podobnie jak w anafazie mitotycznej, chromatydy. W każdym chromosomie oddzielają się od siebie i przechodzą na przeciwne bieguny komórki. Po zrekonstruowaniu jąder potomnych w telofazie II komórki przechodzą cytokinezę. W wyniku drugiego podziału mejotycznego w człowieka powstają dwie komórki potomne zawierające haploidalną liczbę chromosomów (n=23). Każdy chromosom zawiera jedną chromatydę i haploidalną ilość DNA. W wyniku dwóch podziałów mejotycznych (MI i MII) powstają cztery komórki haploidalne. Wskutek redukcji liczby chromosomów o połowę i powstania haploidalnych gamet zawierających DNA (n) tworząca się w wyniku zapłodnienia zygota jest komórką diploidalną (2n). dzięki temu w rozwijającym się zarodku i przyszłym organizmie potomnym zostanie zachowana liczba chromosomów charakterystyczna dla komórek osobników rodzicielskich. Mejoza przyczynia się ponadto do zwiększania zmienności genetycznej organizmów dzięki niezależnej segregacji chromosomów i crossing-over. Zaburzenia mejozy W niektórych przypadkach może nastąpić zaburzenie mejozy. Jeżeli podczas pierwszego podziału mejotycznego nie nastąpi rozdzielenie biwalentów, dochodzi do zjawiska nondysjunkcji prowadzącej do aneuploidii. Przykładem tego typu zaburzeń jest zespół Downa charakteryzujący się obecnością w komórkach dodatkowej kopii chromosomu 21. 4. Mutacje – typy, czynniki powodujące mutacje  Mutacja - to nagłe, losowe zmiany występujące w materiale genetycznym  Mutacje germinalne - germinalne to mutacje, które mogą być przekazywane z pokolenia na pokolenie; obecne we wszystkich komórkach ciała, również w komórkach rozrodczych  Mutacje somatyczne - występujące w komórkach somatycznych, czyli we wszystkich komórkach ciała poza komórkami rozrodczymi.   Mutacje spontaniczne - to takie, które powstają w normalnych warunkach bytowania organizmu  Mutacje indukowane - to takie, które zostały zainicjowane czynnikami mutagennymi 7 przyłączonego nukleotydu zostają uwolnione od nukleotydu w postaci pirofosforany (PPi) w wyniku hydrolizy, dzięki czemu reakcja syntezy DNA jest dla komórki termodynamicznie korzystna. RNA – kwas rybonukleinowy – budowa jest podobna do budowy DNA. Cukier występujący w RNA to ryboza. Zasady azotowe wchodzące w skład RNA to: adenina (A), guanina (G), cytozyna (C) i uracyl (U). między parami rybonukleotydów tworzą się wiązania wodorowe. W łańcuchu RNA występują wiązania fosfodiestrowe łączące ze sobą kolejne rybonukleotydy, ale są one zdecydowanie mniej stabilne niż w przypadku DNA. RNA jest syntetyzowany jako pojedyncza nić o długości nieprzekraczającej kilku tysięcy rybonukleorydów i, w przeciwieństwie do DNA nie ma komplementarnej drugiej nici. RNA charakteryzuje większe zróżnicowanie zarówno strukturalne, jak i funkcjonalne.  RNA kodujące (mRNA) stanowi transkrypt genów kodujących białka i krótko po zakończeniu procesu translacji ulega degradacji. Ogólna budowa mRNA u Prokaryota obejmuje czapeczkę na końcu 5’, specyficzną sekwencję nukleotydową oraz ogon poli(A) zlokalizowany na końcu 3’. Czapeczka może być ważna w procesie eksportu mRNA i snRNA z jądra. Najlepiej poznaną rolą czapeczki jest jej udział w translacji mRNA na etapie tworzenia kompleksu inicjacji. Czapeczka spełnia funkcje ochronne względem mRNA, ograniczając działanie 5’-egzonukleaz. z kolei sekwencja kodująca jest specyficzna dla danego mRNA i zależy bezpośrednio od sekwencji transkrybowanego genu. Jest to region ulegający translacji, a więc decydujący o składzie wytwarzanych podczas translacji białek. Początkowo sekwencja kodująca pre-mRNA zawiera zarówno eksony, jak i introny, które w procesie dojrzewania pre-mRNA zostają wycięte (splicing). Rola „ogona” poli(A) nie jest do końca wyjaśniona.  Rybosomalne RNA (rRNA) jest obecne u wszystkich organizmów i zwykle stanowi najbardziej rozpowszechniony kwas rybonukleinowy. rRNA jest integralną częścią struktury rybosomów (50-70% składu rybosomów to rRNA). rRNA nie tylko decyduje o kształcie i wielkości rybosomów, ale też o rozmieszczeniu białek rybosomalnych.  Transportujące RNA (tRNA) jest ściśle związane z syntezą białek. Funkcja cząsteczek tRNA polega na rozpoznaniu kodu genetycznego mRNA, a następnie transporcie odpowiednich aminokwasów do rybosomu podczas procesu translacji.  Małe jądrowe RNA (snRNA) zwane również U-RNA (bogate w urydynę) odgrywa kluczową rolę w regulacji ekspresji genów poprzez udział w składaniu (splicing) cząsteczki pre-mRNA. snRNA znajdują się w jądrze i są zazwyczaj ściśle powiązane z białkami w kompleksy zwane snRNPs (małe jądrowe rybonukleoproteiny). Najbardziej powszechne z tych cząsteczek to U1, U2, U5 I U4/U6, które biorą udział w składaniu pre-mRNA.  Małe jąderkowe RNA (snoRNA) są zlokalizowane w obszarach jąderkowych w jądrze eukariontów. Ich główna rola polega na chemicznych modyfikacjach molekuł rRNA (takich jak pseudourydylacja lub 2’-O- metylcja) poprzez „zarządzanie” enzymami (zazwyczaj występującymi w kompleksach snoRNP), które dokonują tych modyfikacji, i kierowaniu ich do nukleotydów, gdzie te zmiany są konieczne. Ponadto snoRNA stanowi część telomerazy u ssaków, będącej enzymem rybonukleoproteinowym, którego funkcja polega na dobudowywaniu brakującego 3’5’ terminalnego odcinka nici opóźnionej DNA podczas procesu replikacji DNA. snoRNA bierze również udział w procesie imprintingu genów zlokalizowanych na chromosomach płciowych.  MikroRNA (miRNA) odgrywa rolę w regulacji ekspresji genów, zwłaszcza podczas rozwoju embrionalnego organizmu. Jego funkcja to wyciszanie ekspresji genów poprzez tłumienie translacji w procesie zwanym interferencją RNA (RNAi – RNA interference).  Małe interferujące RNA (siRNA) bierze udział w interferencji RNA polegającej na wyciszaniu ekspresji wybranych genów. Mechanizm interferencji RNA z udziałem siRNA opiera się na komplementarności sekwencji siRNA do fragmentu wyciszanego genu. 10 Proces kondensacji i zwijania skraca nić DNA około 10 000 razy. Chromatyna międzypodziałowa (interfazowa), która jest rozprostowana i rozluźniona, ma strukturę nukleosomów. Nukleosom jest podstawową podjednostką chromatyny. Wnętrze, czyli rdzeń nukleosomu, stanowi oktamer składający się z dwóch kopii danego z histonów: H2S, H2B, H3 oraz H4. Oktamer histonowy tworzy formę w kształcie cylindra o średnicy 1nm i wysokości 6nm. Podwójna helisa DNA o wielkości 146 par zasad owinięta jest wokół histonowego oktameru prawie dwukrotnie (1,8 zwoju). Sąsiednie nukleosomu połączone są łącznikowym DNA zawierającym ok. 60 par zasad. Histon H1 jest ulokowany na zewnątrz nukleosomu, gdzie wiąże się z łącznikowym DNA i oddziałuje poprzez domenę globularną z podjednostką H2A rdzenia nukleosomu, a także za pomocą innej domeny może łączyć się z sąsiednim histonem H1. DNA chromosomowe jest mocno zwinięte i skondensowane. Począwszy od podwójnej helisy DNA, której szerokość wynosi 2 nm, można wyróżnić następujące poziomy upakowania chromatyny jądrowej: nukleosom o szerokości upakowania 11 nm, włókno chromatynowe (solenoid) o szerokości 30 nm składające się z mocno ściśniętych nukleosomów, struktury utworzone z pętli solenoidu o szerokości 300 nm oraz skondensowany segment chromosomu metafazowego o szerokości 700 nm.  Podwójna helisa DNA – dwa łańcuchy polinukleotydowe skręcone helikalnie wokół wspólnej osi (2 nm)  Nukleosom – tworzy go białkowy rdzeń zbudowany z histonów. Około 146 par zasad tworzy odcinek nawinięty na rdzeń nukleosomowy, kolejne 60 par zasad tworzy łącznik przed następnym kompleksem nukleosomów (11 nm)  Włókno chromatynowe (solenoid) – stworzony z nukleosomów, na każdy skręt solenoidu przypada około sześciu nukleosomów (30 nm)  Struktury utworzone z pętli solenoidu – to pętle chromatynowe, spięte białkami macierzy, każda pętla chromatynowa zawiera około 100 000 par zasad, czyli 100 kilozasad (300 nm)  Skondensowany fragment chromosomu metafazowego – 700 nm  Chromosom metafazowy – 1400 nm 7. Struktura chromosomu, kryteria klasyfikacji chromosomu, klasy morfologiczne chromosomów, klasyfikacja chromosomów człowieka (grupy, rodzaje)  Struktura chromosomu  Kryteria klasyfikacji chromosomów: o Wielkość chromosomów o Położenie centromeru 11 o Rozmieszczenie prążków w chromosomach  Klasy morfologiczne chromosomów  Chromosomy metacentryczne , gdy centromer jest w środku chromosomu i ramiona górne (p) są równe dolnym (q)  Chromosomy submetacentryczne, gdy centromer jest przesunięty bliżej jednego końca i ramiona górne (p) są krótsze od dolnych (q)  Chromosomy akrocentryczne , gdy centromer jest blisko jednego końca i ramiona górne (p) są bardzo krótkie, a dolne (q) bardzo długie.  Chromosomy telocentryczne, gdy centromer znajduje się na samym końcu chromosomu, nie ma ramion górnych (p), obecna są tylko ramiona dolne (q). chromosomy telocentryczne nie występują w chromosomie człowieka  Klasyfikacja chromosomów człowieka o GRUPA A – chromosomy 1 – 3; duże chromosomy; 1 i 3 metacentryczne, 2 submetacentryczne o GRUPA B – chromosomy 4 i 5; duże chromosomy; submetacentryczne o GRUPA C – chromosomy 6 – 12 oraz chromosom X; średniej wielkości; submetacentryczne; odróżnienie poszczególnych par od chromosomu X w barwieniu rutynowym jest niemożliwe o GRUPA D – chromosomy 13 – 15; średniej wielkości; akrocentryczne; mogą posiadać satelity o GRUPA E – chromosomy 16 – 18; chromosomy 16 – małe, metacentryczne; chromosomy 17 i 18 – małe submetacentryczne o GRUPA F – chromosomy 19 – 20; małe (najmniejsze); metacentryczne o GRUPA G – chromosomy 21 – 22 oraz chromosom Y; małe; 21, 22 akrocentryczne; Y submetacentryczny; chromosom Y nigdy nie posiada satelitów; w barwieniu rutynowym można go odróżnić od 21 – 22 8. Pojęcia: kariotyp, kariogram, idiogram, gen, allel, allel dominujący, allel recesywny, genotyp, fenotyp  Genem nazywamy każdy odcinek genomu (DNA lub RNA w przypadku wirusów RNA) kodujący funkcjonalny produkt oraz jego zmienione kopie, których produkty utraciły funkcjonalność w wyniku mutacji.  Geny sprzężone to grupa genów leżących na tym samym chromosomie na tyle blisko siebie, że ich allele maja tendencję do dziedziczenia się razem, jako zestaw.  Gen sprzężony z płcią to gen położony na dowolnym chromosomie płciowym  Genotyp to zestaw alleli danego organizmu  Fenotyp to zestaw ujawnionych cech organizmu  Allelem jest każda z możliwych form danego odcinka genomu. Zmiana nawet pojedynczego nukleotydu prowadzi do powstania nowego allelu. Nie tylko geny mają allele, również pozagenowe odcinki genomu mogą mieć formy alleliczne  Allel (w pełni) dominujący to taki, który zawsze ujawnia się fenotypowo  Allel recesywny ujawnia się tylko, gdy nie jest maskowany przez allel dominujący (tj. w homozygocie, a w przypadku sprzężonych z płcią także w hemizygocie)  Kariotyp – suma chromosomów występujących w komórce somatycznej właściwa organizmowi lub grupie organizmów o charakterystycznej liczbie i morfologii  Kariogram – sfotografowany zestaw chromosomów typowych dla danego organizmu, uszeregowany wg określonych zasad – chromosomy homologiczne ułożone w pary od największego do najmniejszego  Idiogram – schematyczny rysunek charakterystycznego wzoru prażaków na chromosomach. Każde ramię podzielone jest na regiony numerowane od 1 do 4 począwszy od centromeru do telomeru. Prążki w każdym regionie są kolejno numerowane zaczynając również od centromeru 9.Aberracje liczbowe i strukturalne chromosomów Aberracje liczbowe chromosomów Komórki poliploidalne (euploidalne) o Powstają w wyniku zwielokrotnienia całego haploidalnego garnituru chromosomowego, np. komórki triploidalne, tetraploidalne: 69,XXY (triploidalne), 92,XXXX (tetraploidalne) 12 11.Zespoły aberracji liczbowych chromosomów somatycznych – cechy charakterystyczne Zespół Downa – trisomia chromosomu 21; o częstotliwość 1 na 700 urodzeń o prawdopodobieństwo urodzenia dziecka z zespołem Downa wzrasta znacznie z wiekiem matki. Ryzyko występowania trisomii 21 u płodu dla kobiety ciężarnej w wieku 35 lat wynosi 1:360 i zwiększa się do 1:100 w wieku 40 lat oraz do 1:30 w wieku 45 lat. o zapis kariotypu – 47,XX,+21 lub 47,XY,+21 o fenotyp zachowania (behawioralny) dzieci z zespołem Downa obejmuje spowolniony rozwój ruchowy i umysłowy, zaburzenia rozwoju mowy, niektóre rodzaje zaburzeń zachowania Zespół Pataua – trisonia chromosomu 13 o Częstość występowania wynosi od 1:8000 do 1:12 000 urodzeń o 47,XY,+13 lub 47,XX,+13 o U noworodka z zespołem Pataua występują liczne wrodzone wady rozwojowe i cechy dysmorficzne. Do cechy dysmorficznych i małych wad w obrębie twarzoczaszki należą: małogłowie z pochyłym 15 czołem, ubytki skóry na głowie, hipoteloryzm, małoocze, częściowy ubytek siatkówki i naczyniówki oka, płaski grzbiet nosa, nieprawidłowe obrąbki uszu i/lub nisko osadzone uszy, niedorozwój żuchwy i krótka szyja. W około 75% przypadków stwierdza się rozszczep warg i podniebienia. W obrębie kończyn występują palce nadliczbowe (polidaktylia) i zrosty palców (syndaktylia), pojedyncza bruzda poprzeczna na dłoni oraz deformacje stóp. Zespół Edwardsa – trisomia chromosomu 18 o 47,XY,+18 lub 47,XX,+18 o Częstotliwość – 1:8000 urodzeń o W znacznym odsetku ciąż z trisomią 18 następuje samoistne poronienie w okresie zarodkowym lub płodowym o Cechy charakterystyczne: niska masa urodzeniowa, stopa cepowata z wystającą kością piętową, krótkim paluchem i zrostami palców; wrodzone wady rozwojowe serca, nerek, przewodu pokarmowego; niedorozwój narządów płciowych u dziewczynek, niezstąpienie jąder u chłopców, zaciśnieta dłoń z charakterystycznie nakładającymi się palcami o Tylko 5 – 10% dzieci przeżywa do 1 r. ż. Trisomia chromosomu 8 o 47,XX,+8 lub 47,XY,+8 o Cechy charakterystyczne: zahamowanie wzrostu, zaburzenia w budowie twarzoczaszki, anomalie kostno-stawowe o W obrębie głowy: wysokie czoło, mała cofnięta żuchwa, małżowiny uszne duże i odstające oraz nisko osadzone, nos duży, zadarty, nieznaczny hiperteloryzm i czasami zez o Obserwuje się skrzywienie kręgosłupa, nadliczbowe kręgi, rozszczep kręgów, brak rzepki, wodonercze, spodziectwo, niezstąpienie jąder o Cechą charakterystyczną zespołu jest pogłębienie bruzdy w obrębie dłoni i stóp. Występuje upośledzenie umysłowe niewielkiego stopnia 12.Ogólne cechy dziedziczenia autosomalnego dominującego u ludzi. Przykłady chorób dziedziczących się autosomalnie dominująco u ludzi (choroby, cechy charakterystyczne)  Choroba ujawnia się już u heterozygot (Aa). Stan homozygotyczności (AA) dla patologicznego genu (A) występuje bardzo rzadko, gdyż najczęściej jest letalny bądź choroba ma bardzo ciężki przebieg  Ze związku heterozygoty (Aa) z osobą zdrową (aa) 50% potomstwa jest obarczonych chorobą (Aa), a 50% potomstwa to osoby zdrowe (aa) – taki układ pary rodzicielskiej występuje najczęściej  Jeżeli oboje rodzice są heterozygotami (Aa), to 75% potomstwa będzie chore (25% - AA; 50% - Aa), a 25% będzie zdrowe (aa) – taki układ pary rodzicielskiej jest bardzo rzadki  Choroba występuje z jednakową częstością u obu płci – ryzyko zachorowania jest takie samo u obu płci  Choroba występuje zazwyczaj w kolejnych pokoleniach – pionowy tor dziedziczenie w rodowodzie  Obecność lub brak cech klinicznych oraz ich nasilenie zależy od: o Stopnia penetracji patologicznego genu – (pełna penetracja 100% lub 1,0; niepełna penetracja, np. 60% lub 0,6) o Wieku probanda (penetracja zależna od wieku) o Zmiennej ekspresji genu  Występowanie choroby dziedziczonej autosomalnie dominująco w rodzinie może być wynikiem mutacji de novo, powstałej w gametach u rodziców. W tym przypadku ryzyko ponownego wystąpienia danej choroby u rodzeństwa osoby chorej jest bardzo małe  Nasilenie objawów choroby może zależeć od płci rodzica przekazującego zmutowany gen – dotyczy głównie mutacji dynamicznych Choroby Choroba Huntingtona o Częstość występowania 4-7:100 000 o Gen IT-15 zlokalizowany jest na krótkim ramieniu chromosomu 4 16 o Choroba Huntingtona jest chorobą ośrodkowego układu nerwowego, zaliczaną do grupy chorób zwyrodnieniowych. o Choroba występuje w trzech postaciach:  Klasycznej – rozwijającej się w wieku średnim  Młodzieńczej – rozwijającej się przed 20 r.ż.  O późnym początku – pojawiająca się po 55 r.ż. o Spadek masy ciała, nieznaczne zaburzenia psychiczne i zaburzenia osobowości, trudności w uczeniu się, pisaniu, podejmowaniu decyzji oraz zaburzenia pamięci. Choroba stopniowo postępuje o Charakterystycznym objawem jest niemożność utrzymania wysuniętego języka i stałego uścisku dłoni o w kolejnych pokoleniach choroba ujawnia się w coraz młodszym wieku i ma coraz cięższy przebieg zespół łamliwego chromosomu X o częstotliwość: 1:4000 u mężczyzn i 1:8000 u kobiet o objawy:  u noworodków i niemowląt płci męskiej:  niska waga urodzeniowa  mały obwód głowy  zwiększona objętość jąder  duże małżowiny uszne  hipotonia mięśniowa  u dzieci:  autyzm, zaburzenia mowy  opóźnienie rozwoju psychoruchowego  u dorosłego mężczyzny:  deformacje twarzoczaszki (wydatne guzy czołowe, duże i odstające małżowiny uszne, duża żuchwa, wysokie podniebienie, hiperteloryzm)  powiększenie jąder, bladoniebieskie tęczówki, zniekształcenia kręgosłupa, padaczka, encefalopatia Achondroplazja o Jedna z najczęściej występujących dziedzicznych postaci niskorosłości u ludzi o Częstość występowania – 1:15 000 – 40 000 żywych urodzeń o Mała zmienność ekspresji, pełna penetracja o Gen – locus 4p 16.3 o Objawy:  Skrócenie kończyn, ale prawidłowa długość tułowia  Skrócenie i pogrubienie kości długich z dysplazją przysadową  Dłonie kształtu trójzębnego  Szpotawość kolan  Ograniczone prostowanie stawu łokciowego  Znaczna lordoza lędźwiowa i kifoza kręgosłupa w odcinku lędźwiowo-piersiowym  Łukowato wygięte kości piszczelowe  Nieproporcjonalnie duża głowa  Wydatne czoło  Średnia wysokość ciała to ok. 131  5,6 cm dla mężczyzn i 124  5,9 cm dla kobiet Zespół Marfana o Występowanie 1:10 000 o Gen FBNI (gen fibryliny) – locus 15q21.1 o Objawy:  Smukła sylwetka, wysoki wzrost  Nadmiernie długie palce rąk i stóp  „kurza” lub „lejkowata” klatka piersiowa  Nadmiernie elastyczna skóra 17 o Choroba ujawnia się przed 5 rokiem życia o Pierwsze objawy choroby występują najczęściej w 3 – 4 r.ż. Obserwuje się wówczas osłabienie mięśni powodujące trudności przy wstawaniu z pozycji leżącej i kaczkowaty chód. Stopniowo dochodzi do symetrycznego zaniku mięśni obręczy biodrowej, a nstępnie barkowej. W miarę postępu choroby chłopcy zaczynają chodzić na palcach, rozwija ją się lordoza lędźwiowa i przykurcze stawowe.  Zespół Lescha-Nyhana  Genetycznie uwarunkowane zaburzenia widzenia barw o Choruje od 5 do 9% mężczyzn o Locus genu – Xq 28 o Protanopia – ślepota na barwę czerwoną o Deuteranopia – ślepota na barwę zieloną o Tritanopia – ślepota na barwę niebieską o Niedowidzenie barw:  Protanomalia  Deuteranomalia  Tritanomalia o Gen odpowiedzialny za percepcję barwy niebieskiej znajduje się na chromosomie 7 16. I i II prawo Mendla – krzyżówki  Zgodnie z pierwszym prawem Mendla podczas podziału mejotycznego komórki następuje rozdział odpowiadającej sobie pary genów (alleli). Do każdej gamety przechodzi tylko jeden allel z danej pary.  Pierwsze prawo Mendla dotyczy genów zlokalizowanych w tym samym locus danej pary chromosomów homologicznych  I prawo Mendla (prawo czystości gamet): allele tego samego genu wykluczają się wzajemnie w gametach (każda gameta wytwarzana przez organizm posiada tylko jeden allel z danej pary alleli genu). Odmiana o łodygach wysokich (A); odmiana o łodygach niskich (a) Stosunek fenotypów wynosi 3:1, a stosunek genotypów 1:2:1, gdzie ¼ to homozygoty dominujące, ½ – heterozygoty, ¼ - homozygoty recesywne 20  II prawo Mendla (prawo niezależnej segregacji cech): allele różnych genów segregują niezależnie od siebie podczas powstawania gamet i tworzą wszystkie możliwe kombinacje z jednakowym prawdopodobieństwem.  Drugie prawo Mendla odnosi się do par genów zajmujących odrębne loci w różnych parach chromosomów (geny niealleliczne) 21