Fyziologie reprodukce a základy dědičnosti FSS 2012 zimní semestr D. Brančíková HISTORIE •název genetika zavedl W.Bateson roku 1906 •Platón, Aristoteles, Hippokrates, Galenos = vědí, že se potomci podobají rodičům, ale proč? •J.G.Mendel = jako první došel k závěru, že se nedědí znaky, ale vlohy.Matematicky vyjádřil princip vzniku fenotypových tříd u F2 generace i příčiny vzniku genotyp. a fenotyp. štěpných poměrů. •20.léta – Morgan = poznání existence chromozomů (model – Drosophila = muška vinná) •40.léta – modelovými org. Se stávají bakterie a viry •2.pol.20.stol. – obrovský rozvoj molekulární genetiky • • GENETIKA = biolog.věda zabývající se zkoumáním zákonitostí dědičnosti a proměnlivosti organismů Rozmnožování •nepohlavní (asexuálně) – nový jedinec vzniká z jediné původní buňky. Nové generace = klony, rozmnožování = klonování •pohlavní (sexuálně) – nový jedinec splynutím gamet. Nové generace = potomstvo, rozmn. = křížení (základní šlechtitelská metoda) • Meiosa-pohlavní bb, mitoza- ostatní ZNAKY • •= jednotlivé vlastnosti org. • Rozlišujeme morfologické, funkční a biochemické – ty jsou primární, všechny ostatní z nich vycházejí. • kvalitativní = vyskytují se v různých kvalitách (krevní skupiny, barva očí…) a kvantitativní = liší se od sebe mírou vyjádření (tělesná výška, IQ…) • • Genetický kód •Soubor pravidel překladu informace z DNA do pořadí aminokyselin •Dusíkaté baze (nukleotidy): adenin ,guanin, cytosin, thymin •3 nukleotidy se překládají jako 1 aminokyselina •Možností vzniku trojic je 4 3 tedy 64 možností, • aminokyselin je ale 21,protože některé triplety kodují stejné aminokyseliny ,jeden triplet označuje začátek a 3 konec přepisu,jen označené se přepisují •Pro začátek a konec se užívají specifické triplety (CAC - začátek; ATT nebo ATC - konec.) Každý triplet ležící „mezi“ kóduje genetickou informaci. • •V lidském těle je 3O 000-4O OOO různých bílkovin GENETICKÁ INFORMACE •= zpráva zapsaná ve struktuře molekuly DNA, jež umožňuje buňce (i organismu) realizovat určitý znak v jeho konkrétní formě. •Zpráva je v daném systému „zašifrována“ pomocí kódu (písmena A, T, C, G podle bází). •V jedné makromolekule DNA může být uloženo více genů. • •KODÓN = triplet v DNA nebo v mRNA určující zařazení jedné AMK •ALELA = konkrétní forma genu. Každý gen je v somatické buňce eukaryotického org. zastoupen 2 alelami = alelovým párem • • Gen v prostoru •JADERNÝ GENOM = soubor genů v chromozomech buněčného jádra PLAZMON = soubor genů mimo jádro (plaztogeny – v chloroplastech, chondriogeny – v mitochondriích, plaztogeny – v cytoplazmě) • is?ZUCvldE-aI6fbMudi8ga_g6hY87LfmXQznNgyYwrpYM gen1 Genom •Veškerá genetická informace organismu se označuje jako genom • u mnohobuněčných organismů je ve všech buňkách tentýž soubor •Gen-úsek DNA se specifickou funkcí označený začátkem a koncem přepisu určité bílkoviny •Geny obsahují regulační sekvence-promotor,supresor • • • Nobelova cena 2012 •John Gurdon a Šinja Jamanaka (angl. transkripce Shinya Yamanaka) ukázali, že dospělé buňky v našem těle se mohou vrátit do svého nejranějšího "dětství". http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/bd/Stem_cell_treatments.svg/330px-Stem_cell_t reatments.svg.png Kmenové buňky působení indukované pluripotentní kmenové buňky, iPS (induced pluripotent stem cells). •přepnutí buňky zpět do raného stádia jejího vývoje stačí jenom čtyři geny • Oct3/4, Sox2, Klf4, and c-Myc •Teoreticky je tak možné třeba z kousku vaší kůže v laboratoři vypěstovat například nové buňky pro poškozenou míchu •Nahradí v experimentu embryonální kmenové buňky • takzvané indukované pluripotentní kmenové buňky, označované anglickou zkratkou iPS (induced pluripotent stem cells). Zdroj: http://technet.idnes.cz/nobelova-cena-za-medicinu-2012-dpz-/veda.aspx?c=A121008_113001_veda_mla Nukleové kyseliny •Nositelkami genetické informace •polymerní, tj. vysokomolekulární látky, jejichž základními stavebními jednotkami jsou nukleotidy. Tj. spojení organické báze (Adenin, Thymin, Uracil, Cytosin), pětiuhlíkatého cukru deoxyribózy u DNA a ribózy u RNA a kyseliny trihydrogenfosforečné (fosfátu). Jednotlivé nukleotidy jsou spojeny prostřednictvím fosfátu do polynukleotidového řetězce. Molekula DNA •je tvořena 2 polynukleotidovými řetězci.Ty se spolu stáčejí do pravotočivé dvoušroubovice. •Vlákna jsou k sobě poutána vodíkovými vazbami mezi bázemi. Mezi A – T (u RNA je to vazba A – U) jsou 2, mezi G - C jsou 3. Tento jev se označuje jako komplementarita bází. •Pořadí nukleotidů v řetězci, tzv. primární struktura, má zásadní význam pro přenos genetické informace. • replikace DNA (zdvojení), •Volné nukleotidy ve formě nukleoxidtrifosfátů (ATP + nukleotid = nukleoxidtrifosfát) se přiřazují podle principu komplementarity k „obnaženým“ bázím obou řetězců. •Obě vlákna původní molekuly slouží jako matrice pro syntézu nových vláken. •Každá z obou nových molekul DNA má tedy jedno vlákno „staré“ a jedno „nové“. Obě molekuly jsou navzájem stejné a jsou identické i s původní molekulou. • • Rep2 Replikace DNA •Oba řetězce mají stejnou genetickou informaci •Replikace-zdvojení informace do dvou dceřiných buněk: •S fáze buněčného cyklu •Trvá 7 hodin •Replikační vidlička •Okazakiho fragmenty Enzymy: • •DNA polymeraza syntetizuje nové řetězce •DNA ligaza:tvoří vlákno •Reparační systémy-vznik mutací •Transkripce-přepis do RNA •Genová exprese-přepis z RNA do proteinu Genetická informace člověka •23 párů chromozomů •22 párů normálních –autosomy •1 pár pohlavních (X nebo Y) •Gameta –spojení vajíčka a spermie •Morula-rýhování ,5-6 dní •Blastula- dutina děložní ,povrchové buňky trofoblast(placenta),vnitřní embryonální terč •Embryo,pupečník,placenta,plodové obaly •Plod-fetus „ orgány • Genetická mapa • •Buňka nádoru prsu • • • • •TYP MAPY •Predikuje •chování nádoru •přežití pacienta, •ýběr léčby •rezistence Translace (překlad) •- znamená překlad genetické informace z pořadí nukleotidů mRNA do pořadí aminokyselin v peptidovém řetězci, tj. do primární struktury bílkoviny. •Primární struktura genů (DNA) tedy určuje primární strukturu peptidového řetězce a ta určuje strukturu bílkoviny, a tím i její funkční vlastnosti. Translace §Nejčastěji je touto bílkovinnou enzym. §buňka (organismus) může syntetizovat pouze enzymy, pro něž má geny. •Každý enzym v buňce umožňuje vykonat určitou biochemickou reakci. • •Soubor všech genů buňky tak určuje průběh všech jejich procesů látkové přeměny. •z látkové přeměny každého organismu vyplývají všechny jeho dědičné znaky (morfologické, funkční popř. psychické). • Pojmy •Genový polymorfismus- liší se bílkoviny v detailním sledu kodu •Specifická mutační forma genu- alela •Fenotypicky vyjádřená alela – dominantní •Fenotypicky nevyjádřená alela- recesivní •Homozygot 2 alely pro určitý znak stejné •Heterozygot 2 alely pro stejný znak různé dědičnost •Typy přenosu 1191770383_graf Pojmy •Genetická predispozice uspořádání genomu vytváří zvýšené riziko onemocnění •Autozomálně dominantní /hereditární angioedem,Hungtintonova chorea/ •Autozomálně recesivní/hluchota,příbuzní/ •Dědičné onemocnění vázané na X chromosom / hemofilie/ • 97% společných genů HLA systém - rodina A 2 B 51 DR 11 A 1 B 8 DR 17 Dítě A A 3 B 14 DR 10 A 1 B 8 DR 17 Buňka otce A 24 B 7 DR 8 A 2 B 51 DR 11 Buňka matky A 3 B 14 DR 10 A 24 B 7 DR 8 Dítě B HLA systém - dědičnost –jedna polovina od matky a druhá polovina od otce –proto mezi sourozenci možné čtyři kombinace A 3 B 14 DR 10 A 1 B 8 DR 17 Buňka Haplotyp od otce Haplotyp od matky HLA systém - sourozenci A 2 B 51 DR 11 A 1 B 8 DR 17 Dítě A A 2 B 51 DR 11 A 1 B 8 DR 17 Dítě B A 2 B 51 DR 11 A 3 B 14 DR 10 Dítě C A 3 B 14 DR 10 A 24 B 7 DR 8 Dítě D GM potraviny •jsou geneticky modifikovány za použití biotechnologie. • •kukuřice, sója, řepka olejná (řepka), čekanka, brambory, ananas a jahody. • • GM potraviny mohou poskytnout větší odolnost vůči škůdcům a viry, vyšší nutriční hodnotu a delší trvanlivost. Výhody •Robustní rostliny vydrží extrémní výkyvy počasí •Vyšší nutriční výnosy plodin •Levné a výživné potraviny, jako je mrkev s vyšší hladinou antioxidantu •Potraviny s vyšším trvanlivostí, např.rajčata, chutnají lépe a vydrží déle •Potraviny s léčivými výhody (nutriční) obsahují I vakcíny - například banány s ATB či antivirotiky •Plodiny odolné vůči chorobám a hmyzu a produkují, který vyžaduje méně chemických aplikací, jako jsou pesticidy a herbicidy proti rostliny: například GM řepka. • Rizika •Nové alergeny by mohly být převedeny z tradičních potravin do GM potravin. Například při laboratorním testování, byl gen z para ořechu zaveden do sóji. •Antibiotické rezistence. signální gen pro rezistenci vůči antibiotikům se dostane do potravinového řetězce a je převzat lidskou střevní mikroflóru,a může snížit účinnost antibiotik. RIZIKA •Křížení - možnost křížení mezi GM plodinami a okolní vegetaceí plevelů. které zvýší odolnost vůči herbicidům, a tudíž vyžadují větší použití herbicidů, které by mohly vést ke kontaminaci půdy a vody. •Pesticidy - genetické modifikace některých plodin vedou k trvalé produkci přírodní biopesticide Bacillus thuringiensis (Bt) toxin může podpořit vývoj hmyzu odolné Btu,. • Rizika •Biologická rozmanitost - pěstování GM plodin ve velkém měřítku může mít dopad na biodiverzitu, rovnováhu přírody a životního prostředí.. •Křížové kontaminaci - rostliny bioengineering produkují léky I v okolních plodinách • RIZIKA •Zdravotní účinky - minimální výzkum byl proveden na možné akutní nebo chronická zdravotní rizika používání geneticky modifikovaných potravin v souvislosti s řadou účinků na zdraví. •Výzkum musí rovněž zahrnovat nezávislé (ne společnost-based) posouzení dlouhodobých dopadů geneticky modifikovaných plodin na poli a na lidské zdraví. • Gene_Therapy th?id=I