GENETIKA – VĚDA, KTERÁ SE ZABÝVÁ PROJEVY DĚDIČNOSTI A PROMĚNLIVOSTI Petra Jůzlová Klíčové pojmy: nCHROMOZOM, ALELA, GEN, MITÓZA, MEIÓZA, GENOTYP, FENOTYP, ÚPLNÁ DOMINANCE, NEÚPLNÁ DOMINANCE, KODOMINANCE, nHETEROZYGOT, HOMOZYGOT DOMINANTNÍ, HOMOZYGOT RECESIVNÍ, DIPLOIDIE, HAPLODIIE, MENDELOVY ZÁKONY, DĚDIČNOST POHLAVÍ, CHOROBY VÁZANÉ NA POHLAVÍ, MUTACE, MUTAGENY n GENETICKÁ INFORMACE n- U buněčných organismů je genetická informace uložena v CHROMOZOMECH v buněčném jádře n- Chromozom je tvořen stočeným vláknem chromatinu (z nukleových kyselin – DNA a proteinů) n- Chromozom – dvě stejné chromatidy (jak tvarem, tak genetickou informací, spojeny centromerou) n Pro každá druh je charakteristický počet chromozomů – člověk 2x23 chromozomů img002 Chromozomy u člověka lidské buňky obsahují 23 sad chromozomů – tedy 46 (poslední sada jsou chromozomy pohlavní) MITÓZA – buněčné dělení tělních buněk (z jedné buňky vznikají dvě, aniž by došlo ke změně genetické informace) dále jen pro pochopení – nebude se zkoušet nprofáze – spiralizace chromozomů nmetafáze – tvorba dělícího vřeténka, uchycení n v oblasti centromery nanafáze – podélné štěpení na dvě chromatidy ntelofáze – vznik dceřiných jader a dceřiných buněk ninterfáze – obnovení dvouchromatidové stavby n chromozomu (okopírování podle jedné původní) n img003 MEIÓZA – buněčné dělení pohlavních buněk (z jedné buňky vznikají nové s polovičním počtem chromozomů) I. Fáze pro pochopení souvislostí n Shodné chromozomy se k sobě podélně přiloží (přičemž může dojít k vzájemné výměně jejich částí – crossing over) n Dále dochází k rozchodu chromozomů z páru k pólům dělící se buňky, tedy po ukončení této fáze se z původní jedné buňky obsahující dvě sady chromozomů vytvoří dvě dceřiné buňky obsahující po jedné sadě. n img004 II.fáze n Toto druhé dělení odpovídá mitóze – tedy dojde k podélnému rozštěpení chromozomů, jejich rozchodu a dotvoření chybějící části. n Chromozomů v jádrech je však pouze jedna sada. n Vznikají ČTYŘI nové buňky , avšak ne vždy jsou všechny životaschopné. n img005 Srovnání DŮLEŽITÉ !!! n Výsledkem mitotického dělení jedné buňky (obsahující dvě sady chromozomů) jsou dvě buňky shodné s původní (obsahující diploidní počet chromozomů – dvě sady). n X n Výsledkem meiotického dělení jedné buňky (obsahující dvě sady chromozomů) jsou čtyři pohlavní buňky (haploidní - obsahující jednu sadu chromozomů). Buňka a počet sad chromozomů n n DIPLOIDIE – (DIPLOIDNÍ BUŇKA) n ve většině buněk v tělech rostlin a n živočichů najdeme diploidní počet n chromozomů – dvě úplné sady – 2n n n HAPLOIDIE – (HAPLOIDNÍ BUŇKA) n v buňkách sloužících k pohlavnímu n rozmnožování najdeme vždy pouze n haploidní počet chromozomů – n jednu sadu – 1n n n POLYPLOIDIE – některé buňky mohou obsahovat i více než dvě sady chromozomů. Tento stav najdeme v některých pletivech rostlin. n n n n img007 img008 Genotyp a fenotyp jedince Spojením dvou pohlavních (haploidních) buněk GAMET a jejich jader vznikne iniciační buňka nového jedince – ZYGOTA. Ta obsahuje genetickou informaci od obou rodičovských jedinců – od každého jednu sadu chromozomů. nGEN - genetická informace je uložena v úseku DNA n nGENY VELKÉHO ÚČINKU n - na tvorbě znaku (většinou kvalitativního) se podílí málo genů – často jeden (př. žlutá barva blatouchu) n = gen má velký fenotypový význam n - vliv prostředí má malý význam n nGENY MALÉHO ÚČINKU n - na tvorbě znaku (většinou kvantitativního) se podílí mnoho genů (př. hmotnost organismu) n = gen má malý fenotypový účinek n - vliv prostředí má velký význam GENOTYP – soubor všech alel každé buňky jednoho konkrétního organismu nALELY – možné varianty jednoho genu n - může kódovat TVORBU funkčních látek n - může kódovat ABSENCI tvorby n funkčních látek n Homozygotní genotyp AA – homozygot dominantní n projevím se , projevím se aa – homozygot recesivní n neprojevím se, neprojevím se n Heterozygotní genotyp Aa nebo aA - heterozygot n neprojevím se , projevím se n n n n FENOTYP – konkrétní projev genotypu n organismu na jeho vlastnostech n n n n n n genotyp AA Aa aa n fenotyp A A a n n n n nÚplná dominance – i jedna dominantní alela stačí, aby se vlastnost 100% projevila n img009 Neúplná dominace – jedna dominantní alela NESTAČÍ ke 100% projevení vlastnosti Kodominance – existuje více alel pro různé vlastnosti IA – projevím se jako A IB – projevím se jako B i – neprojevím se (dědičnost krevních skupin) n n genotyp AA Aa aa n fenotyp A Aa a n n n img010 Vyzkoušejte si Dědičnost krevních skupin n Znáte všechny možné kombinace genotypu krevních skupin. Jaký bude jejich fenotyp – jakou krevní skupinu budou mít lide s tímto genotypem? n n n n n n IA IB IA IA IB IB IA i IB i i i AB A B A B O Lidé mohou mít šest možných genotypů pro krevní skupiny, ve fenotypu (navenek) se však projeví jen jako čtyři možnosti. Johan Gregor Mendel (1822 – 1884) - opat brněnského kláštera - zabýval se šlechtěním nPři pokusech na hrachu zjistil, že při křížení dochází ke stejným statistickým výsledkům n nPodle nich formuloval zákony, aniž by znal podstatu dědičnosti 1.Mendelův zákon – o uniformitě první generace kříženců Když křížíme dva různé homozygoty (recesivního a dominantních) , jejich potomci budou pouze heterozygoti. ngenotyp np AA aa n nf1 Aa Aa Aa Aa n___________________________________________ nfenotyp A A A A 2. Mendelův zákon – o segregaci a kombinaci alel v druhé generaci kříženců Když křížíme dva heterozygoty, jejich potomci mohou být jak heterozygoti, tak i homozygoti dominantní a homozygoti recesivní. ngenotyp nf1 Aa Aa n nf2 AA Aa aA aa n 1 : 2 : 1 n________________________________ nfenotyp A A A a n 3 : 1 3.Mendelův zákon – o volné kombinovatelnosti alel Když křížíme dva jedince heterozygoty ve DVOU alelách, může nám vzniknout se stejnou pravděpodobností 16 možných zygotických genotypových kombinací. genotyp AB Ab aB ab AB AABB AABb AaBB AaBb Ab AABb AAbb AaBb Aabb aB AaBB AaBb aaBB aaBb ab AaBb Aabb aaBb aabb Štěpný poměr 1:2:1:2:4:2:1:2:1 = 16 nMendlovy zákony platí, avšak jsou platné s jistými omezeními. n fenotyp AB Ab aB ab AB AABB AABb AaBB AaBb Ab AABb AAbb AaBb Aabb aB AaBB AaBb aaBB aaBb ab AaBb Aabb aaBb aabb Štěpný poměr 9:3:3:1 Chromozomové určení pohlaví u nejvyspělejších organismů s odděleným pohlavím gonochoristů (opak hermafrodita – nerozlišené pohlaví – má samčí i samičí gonády) nSavčí typ chromozómového určení pohlaví npohlavní chromozomy – označovány X a Y n kombinace XX - ženské pohlaví n XY - mužské pohlaví n n XX XY n ngenotyp XX XX XY XY nfenotyp ♀ ♀ ♂ ♂ Pohlavní chromozomy mají přímý vliv na určení pohlaví, ale projev ve fenotypu (např. velikost poprsí u žen) je ovlivněn i geny ležících na jiných chromozomech než pohlavních nPřímá dědičnost n XX XY n zdravá žena nemocný muž n XX XX XY XY nholčičky zdravé kluci nemocní n nProblém je na chromozomu Y a nten k sobě nemá žádnou nprotiváhu, proto jej dědí všichni nmužští potomci. nNepřímá dědičnost n XX XY n zdravá žena (nositelka) zdravý muž n n XX XX XY XY n zdravá nositelka zdravý nemocný n nProblém je na chromozomu X a ntak se přenáší v populaci. nprojeví se u části mužských npotomků. Pohlavně vázaná dědičnost Pohlavně ovládaná dědičnost Určitý znak se projeví díky přítomnosti ženských nebo mužských hormonů v těle – druhotné pohlavní znaky. Vyzkoušejte si Dědičnost daltonismu (barvosleposti) n Těhotná kamarádka má strach, že se jí narodí dítě s barvoslepostí, jakou má i její bratr. Jaká je pravděpodobnost této genetické choroby vázané na pohl. chromozom X u jejího dítěte? n n Protože bratr chorobu má, ona může být přenašečkou _ n s 50 % pravděpodobností. n Pokud je přenašečkou XX (ona) XY(manžel) n jejich děti XX XX XY XY n fenotyp zdravá přenašečka zdravý nemocný n pravděpodobnost 75% : 25% Mutace a mutageny n Mutace – změny genetické informace způsobené mutageny n Mutageny – látky působící tyto mutace (chemikálie, záření, stárnutí) n nGenové mutace – změní se pouze jeden úsek na chromozomu – např. rakovina nChromozomové mutace – zlomy, přestavby na chromozech – ztráty či přemístění celých bloků genetických informací nGenomové mutace – změny počtu chromozomů ntrizomie 21 Downova choroba, supermuž, superžena Prenatální genetická diagnostika (vyšetření genetických vad v těhotenství) Pro každé počaté dítě platí obecné populační riziko 3-5% , že se může narodit s nějakou vrozenou vadou. Naprostá většina těchto vad vzniká náhodně u konkrétního plodu a nemá souvislost s rodovým výskytem. nTrojitý test (triple test) nTento test se provádí mezi 14.-18. (nejlépe 16,5 -17) týdnem těhotenství. nTriple test odhaluje dvě nejčastější vady – rozštěpy a chromozonální abnormality, nejčastěji Downův syndrom n nKombinovaný test v I. trimestru nStanovení dvou plasmatických bílkovin provádí se v 9-11. týdnu gravidity. Tento test v kombinaci s měřením šíjové řasy a detekci přítomnosti NB (nosní kůstky) může odhalit až 87 % plodů s Downovým syndromem. n nNuchální translucence - NT nUltrazvukové měření ztluštění na šíji plodu. (v 11. - 13. týdnu gravidity). n 70 % plodů s některými vrozenými vadami má významný otok na šíji způsobený nahromaděním tekutiny – takto lze odhalit až 75 % chromozomálních abnormalit (Downův syndromu, Edwardsův syndrom, Patauův syndrom, Turnerův syndrom a vady srdeční). n n nPřítomnost nosní kůstky nUltrazvukem se sleduje obličej plodu a pokud mu v 11. až 14. týdnu chybí nosní kůstka nebo je nedostatečně vyvinutá, je velmi pravděpodobné, že plod trpí trisomií 21, 18, nebo 13, případně jinou genetickou vadou. Diagnózu musí potvrdit ještě další vyšetření n n nUltrazvukové vyšetření ve 2. trimestru nProvádí se ve 20. - 22. týdnu těhotenství. Hodnotí se následující orgány: srdce (4 oddíly, velké cévy), bránice, žaludek, ledviny, močový měchýř, páteř, přední břišní stěna, pupečník, mozek, obličej, 4 končetiny. Rovněž chování plodu, umístění a struktura placenty a množství plodové vody. n nAmniocentéza nje odběr několika mililitrů plodové vody (většinou mezi 15. a 18. týdnem gravidity). nCytogenetické vyšetření chromozómů s vysokou pravděpodobností (99,5 %) určí genetické postižení plodu n nBiopsie choriových klků nse provádí v 10. - 12. týdnu těhotenství. Bioptická jehla se zavádí do děložní dutiny buďto přes břišní stěnu nebo poševní cestou. Ze získaného vzorku je možné provést cytogenetické a molekulárně genetické vyšetření. nCytogenetické vyšetření chromozómů s vysokou pravděpodobností (99,5 %) určí genetické postižení plodu. n Více www.repromeda.cz nDěkuji za pozornost.