Streszczenie wątku 16

Kwasy nukleinowe 

Kwasy nukleinowe są polimerami zbudowanymi z nukleotydów. Nukleotyd zawiera: 

• zasadę azotową;

• cukier pięciowęglowy;

• resztę fosforanową.

RdJE30T1FthHC

Tabela ukazuje zasady azotowe wchodzące w skład nukleotydów w DNA i RNA. W pierwszym wierszu znajdują się puryny: w RNA jest to adenina (A) i guanina (G), w DNA adenina (A) i guanina (G). W drugim wierszu znajdują się pirymidyny: w RNA cytozyna (C) i uracyl (U), w DNA cytozyna (C) i tymina (T).

Budowa i funkcje DNA 

DNA ma strukturę dwuniciową. Nukleotydy jednej nici DNA są połączone kowalencyjnymi wiązaniami 3′,5′-fosfodiestrowymi. Każda nić ma określoną polarność: 

• koniec 5′;

• koniec 3′.

Sekwencję nukleotydów zapisuje się umownie w kierunku 5′→3′.

R1TQOE63F3GUU

Schemat przedstawia arcyrównoległość i komplementarność nici DNA. Nici DNA przebiegają w przeciwnych kierunkach względem siebie. Kierunek nici określany jest na podstawie grupy, jaka znajduje się na jej końcu. Pierwsza, wyżej położona linia przebiega w kierunku od 5 indeks górny kreska do 3 indeks górny kreska. Rozpoczyna się ona od ramki z napisem: koniec 5 indeks górny kreska, dalej znajduje się wzór chemiczny: symbol P położony jest w centrum, dookoła niego znajdują się cztery cząsteczki O na planie krzyża. Wzór łączy się z zieloną, grubą nicią i kończy grupą OH. Dalej znajduje się ramka z napisem: koniec 3 indeks górny kreska. Dolna linia jest odbiciem lustrzanym górnej. Rozpoczyna się ramką z napisem: koniec 3 indeks górny kreska, dalej występuje grupa HO, która łączy się z zieloną, grubą nicią i kończy odwróconym do góry nogami wzorem chemicznym: symbol P położony jest w centrum, dookoła niego znajdują się cztery cząsteczki O na planie krzyża i kończy się ramką z napisem: koniec 5 indeks górny kreska. Pod spodem widnieje strzałka od prawej do lewej strony z napisem: Kierunek od 3 indeks górny kreska do 5 indeks górny kreska. Pomiędzy grubymi, zielonymi liniami występują litery połączone ze sobą liniami. Litera G przylegająca do górnej linii łączy się z literą C przylegającą do dolnej linii trzema pomarańczowymi kreskami, litera T przylegająca do górnej linii łączy się z literą A przylegającą do dolnej linii dwoma pomarańczowymi kreskami, dalej litera G przylegająca do górnej linii łączy się z literą C przylegającą do dolnej linii trzema pomarańczowymi kreskami, litera A przylegająca do górnej linii łączy się z literą T przylegającą do dolnej linii dwoma pomarańczowymi kreskami, znów litera A przylegająca do górnej linii łączy się z literą T przylegającą do dolnej linii dwoma pomarańczowymi kreskami i na końcu litera C przylegająca do górnej linii łączy się z literą G przylegającą do dolnej linii trzema pomarańczowymi kreskami.

Adenina w jednej nici tworzy parę z tyminą drugiej nici, a guanina z cytozyną. Komplementarność powoduje, że sekwencja jednej nici pozwala odtworzyć sekwencję drugiej. Reguła Chargaffa dla dwuniciowego DNA mówi, że ilość adeniny jest równa ilości tyminy, a ilość guaniny ilości cytozyny.

DNA przechowuje informację o budowie RNA i łańcuchów polipeptydowych, może być kopiowany przed podziałem komórki i przekazywany komórkom potomnym.

Budowa, rodzaje i funkcje RNA

RNA jest najczęściej jednoniciowy, lecz wskutek parowania komplementarnych odcinków tej samej cząsteczki może tworzyć struktury drugorzędowe. Niektóre wirusy mają genom zbudowany z jednoniciowego albo dwuniciowego RNA. 

Do najważniejszych rodzajów RNA należą:

• mRNA, które przenosi informację wykorzystywaną podczas syntezy białka;

• tRNA, które transportuje aminokwasy do rybosomu i rozpoznaje kodony mRNA; 

• rRNA, będący składnikiem rybosomów; 

• snRNA, uczestniczący m.in. w składaniu pre‑mRNA; 

• snoRNA, związany z obróbką i modyfikacją rRNA; 

• miRNA i siRNA, uczestniczące w regulacji ekspresji genów.

Replikacja DNA 

Replikacja jest procesem kopiowania DNA przed podziałem komórki. Ma charakter semikonserwatywny.

R1V1G1SBMO4NS

Schemat przedstawia semikonserwatywną replikację DNA. Na górze schematu przedstawiona jest cząsteczka DNA złożona z dwóch wstęg, gdzie każda z nich jest tzw. nicią rodzicielską. Pomiędzy nimi znajdują się kolorowe linie symbolizujące zasady azotowe wchodzące w skład DNA. Kolorem niebieskim oznaczono tyminę (T), kolorem czerwonym guaninę (G), kolorem zielonym cytozynę (C), a kolorem żółtym adeninę (A). Te zasady azotowe łączą się ze sobą w parach: tymina z adeniną a guanina z cytozyną, co symbolizuje kształt zakończenia linii podobny do puzzli – jedna nić uzupełnia drugą. Przerywanymi liniami oznaczone są wiązania wodorowe łączące zasady azotowe. Tymina z Adeniną łączy się dwoma wiązaniami. Guanina z Cytozyną trzema wiązaniami. Cytozyna z Guaniną trzema wiązaniami. Adenina z Tyminą dwoma wiązaniami. Poniżej nici z łańcucha DNA rozszerzają się i łączą się z nowymi nićmi, pomiędzy którymi również występują zasady azotowe symbolizowane przez kolorowe linie. W skład każdej z nowych cząsteczek DNA wchodzi nowa nić i nić rodzicielska.

Inicjacja: helikaza rozrywa wiązania wodorowe między zasadami, rozdzielając nici DNA. Powstają widełki replikacyjne, a jednoniciowe fragmenty DNA są stabilizowane przez odpowiednie białka. U bakterii kolisty chromosom ma zazwyczaj jedno główne miejsce inicjacji, natomiast w liniowych chromosomach eukariontów replikacja rozpoczyna się równocześnie w wielu miejscach.

Elongacja: polimeraza DNA dołącza deoksyrybonukleotydy do wolnej grupy 3′-OH, dlatego nowa nić DNA powstaje wyłącznie w kierunku 5′→3′. Polimeraza DNA nie może rozpocząć syntezy bez startera. Krótki starter RNA jest syntetyzowany przez prymazę. Ze względu na antyrównoległość nici:

• nić wiodąca jest syntetyzowana w sposób ciągły;

• nić opóźnionajest syntetyzowana nieciągle, jako fragmenty Okazaki.

Startery RNA są następnie usuwane, luki uzupełniane DNA, a ligaza DNA łączy sąsiednie fragmenty nowo powstałych nici.

Terminacja: zakończenia syntezy nowych nici DNA i rozdzielenia powstałych cząsteczek DNA. W liniowych chromosomach eukariontów występuje problem skopiowania końca nici opóźnionej. Telomerazazawiera własną matrycę RNA i wydłuża końce chromosomów, umożliwiając zachowanie sekwencji telomerowych.

R1MMLXP6AMGKX

Schemat rozpoczęcia replikacji DNA składa się z czterech rysunków. Pierwszy z nich przedstawia dwie niebieskie, skręcone ze sobą linie. Pośrodku łańcucha z linii znajduje się punkt, od którego odchodzą dwie przeciwstawnie skierowane strzałki podpisane jako kierunek aplikacji. W środku łańcucha widnieje ramka z napisem ori. Kolejny rysunek przedstawia owalny kształt znajdujący się w środku łańcucha, który stanowi jego część. W środku tego owalnego kształtu są dwa przeciwstawnie zwrócone do siebie trójkąty ułożone poziomo podpisane helikaza DNA. Na zewnątrz owalu znajduje się osiem symetrycznie ułożonych punktów oznaczonych jako białka wiążące jednoniciowy DNA. Na kolejnym rysunku każdy z trójkątów i po cztery punkty otaczają dwa okręgi symetrycznie ułożone koło siebie. Są one podpisane jako kompleks enzymów replikujących DNA. Ostatni rysunek przedstawia poszerzony owalny kształt pośrodku łańcucha i oddalone od siebie okręgi wraz z ich częściami składowymi. W środku owalu znajdują się czerwono‑zielone strzałki okrążające go dookoła. Pierwsza z nich opisana jest jako nić wiodąca, kolejne, mniejsze jako nić opóźniona. Każda strzałka zakończona jest czerwonym niewielkim elementem z napisem RNA starter.

Polimerazy DNA i systemy naprawcze ograniczają liczbę błędów replikacji. Błąd, który nie zostanie naprawiony i utrwali się w DNA, staje się mutacją. 

Gen i jego struktura

Gen jest odcinkiem materiału genetycznego, którego ekspresja prowadzi do powstania funkcjonalnego produktu, RNA albo polipeptydu. Gen obejmuje sekwencję transkrybowaną oraz elementy niezbędne do prawidłowej regulacji jego ekspresji. Wyróżnia się geny ciągłe, występujące u większości prokariontów i geny nieciągłe, typowe dla eukariontów.

RVK6UDOSR7AAQ

Ilustracja przedstawia budowę genu ciągłego. Gen ukazano w postaci poziomej długiej linii, do której są doczepione zasady w postaci pasków z literami A, T, G lub C. Na krańcach linii są paski z literami A, T (po lewej stronie) oraz G i C (na prawym krańcu). Oznaczono je kolorem żółtym. To część regulatorowa. Pozostałe białka - w kolorze niebieskim - to część strukturalna.

R14HLHB6N1UAH

Ilustracja przedstawia budowę genu nieciągłego. Gen ukazano w postaci poziomej długiej linii, do której są doczepione zasady w postaci pasków z literami A, T, G lub C. Na krańcach linii są paski z literami A, T (po lewej stronie) oraz G i C (na prawym krańcu). Oznaczono je kolorem żółtym. To część regulatorowa. Pozostałe białka to część strukturalna. Widoczne są sekwencje zasad w kolorze jasnoniebieskim - to tak zwane introny, oraz ciemnoniebieskim - to eksony.

Ekson jest fragmentem genu zawierającym sekwencję kodującą, natomiast intron - sekwencję niekodującą. 

Genomy i ich struktura 

Genom to całkowity materiał genetyczny komórki lub organizmu.

Genom wirusów stanowi DNA albo RNA, jedno- lub dwuniciowy, liniowy lub kolisty. Genomy wirusowe są na ogół niewielkie, przez co znajdujące się w nim geny mogą na siebie zachodzić. 

Genom bakterii obejmuje najczęściej kolisty chromosom zlokalizowany w nukleoidzie. Komórki mogą zawierać również plazmidy. Genomy bakteryjne są zwarte, ale zawierają nie tylko sekwencje kodujące, lecz również promotory, terminatory, sekwencje regulatorowe i obszary międzygenowe.

Genom eukariontów obejmuje genom jądrowy i mitochondrialny, a u roślin oraz protistów roślinopodobnych również genom plastydowy.

Jądrowe DNA jest liniowe i związane z białkami, w tym białkami histonowymi, tworząc chromatynę.  Podstawową jednostką upakowania chromatyny jest nukleosom, w którym DNA owija się wokół oktameru histonowego. Luźniej upakowana chromatyna jest nazywana euchromatyną, a silnie skondensowana heterochromatyną. 

Chromosom eukariotyczny przed replikacją zawiera jedną cząsteczkę DNA, a po replikacji dwie chromatydy, z których każda zawiera jedną cząsteczkę DNA. Chromatydy są połączone w centromerze, w którym powstaje kinetochor odgrywający zasadniczą rolę w rozdziale chromatyd.

RUMKN4Z4P92B8

Ilustracja przedstawia schemat budowy chromosomu metafazowego. Wygląda jak litera X zbudowana z wielu połączonych, skłębionych, niebieskich linii. Na schemacie oznaczono następujące elementy: 1. Centromer – miejsce pośrodku chromosomu, dzieli go na dwa elementy – górną i dolną część. 2. Ramiona chromosomu – poszczególne części chromosomu. 3. Chromatydy siostrzane - dwie identyczne chromatydy, powstałe z tego samego chromosomu w czasie jego podziału, mające wspólny centromer. 4. Satelita (trabant) - końcowa część chromosomu oddzielona przewężeniem wtórnym. Znajduje się na końcu ramienia chromosomu. 5. Przewężenie wtórne chromosomu – oddziela satelitę od ramion chromosomu.

Kod genetyczny

Kod genetyczny określa rodzaj i kolejność aminokwasów w łańcuchu polipeptydowym. 

R1AV658CDEB2X

Ilustracja przedstawia schematycznie syntezę trójpeptydu na podstawie DNA. U góry znajduje się podwójna nić DNA, u góry czerwona, niżej żółta. Fragmenty nici są częściowo rozplecione. Fragment tej nici został powiększony niżej. Powiększony fragment żółtej nici przypomina długi żółty, poziomy prostokąt z odchodzącymi od niego prostopadle w dół, w równych odstępach, kreseczkami. Te kreseczki łączą się z literami oznaczającymi nukleotydy. Pierwsza od lewej trójka nukleotydów to TAC, następna to GAG i CCG. Od trójek biegną strzałki do znajdującej się niżej nici mRNA (oznaczonej kolorem zielonym). Sekwencja DNA jest przepisywana na mRNA. Kodony znajdujące się na nici mRNA to kolejno, od lewej: AUG (kodon start), CUC, GGC. Od kodonów tych biegną strzałki do widocznych niżej nazw aminokwasów. Są to kolejno, od lewej: metionina, leucyna, glicyna. Połączone ze sobą aminokwasy tworzą trójpeptyd.

Cechy kodu genetycznego: 

• trójkowy, ponieważ jeden kodon zawiera trzy nukleotydy;

• jednoznaczny, ponieważ dany kodon oznacza jeden aminokwas albo sygnał STOP; 

• zdegenerowany, ponieważ jeden aminokwas może być kodowany przez kilka kodonów; 

• bezprzecinkowy, ponieważ kodony są odczytywane kolejno; 

• niezachodzący, ponieważ dany nukleotyd należy w określonej ramce odczytu do jednego kodonu;

• uniwersalny - te same kodony określają te same aminokwasy u prawie wszystkich organizmów;

• kolinearny - kolejność kodonów odpowiada kolejności aminokwasów w polipeptydzie.

Kodon AUG najczęściej pełni funkcję kodonu START i koduje metioninę. Kodony UAA, UAG i UGA są standardowymi kodonami STOP, ale w pewnych genomach i szczególnych warunkach występują odstępstwa.

Ekspresja informacji genetycznej 

Ekspresja genu obejmuje procesy prowadzące do powstania funkcjonalnego produktu genu. W przypadku genów kodujących białka są to:

• transkrypcja;

• u eukariontów obróbka potranskrypcyjna;

• translacja;

• modyfikacje potranslacyjne białka.

W przypadku genów kodujących funkcjonalne RNA ekspresja kończy się na wytworzeniu i dojrzewaniu odpowiedniej cząsteczki RNA.

Transkrypcja i obróbka potranskrypcyjna

Transkrypcja polega na syntezie RNA na matrycy DNA. 

W komórkach eukariotycznych transkrypcja zachodzi w jądrze komórkowym:

Pierwotny transkrypt genu kodującego białko, tzw. pre‑mRNA jest poddawany obróbce potranskrypcyjnej obejmującej:

• dołączenie czapeczki do końca 5′;

• poliadenylację końca 3′;

• wycięcie intronów i połączenie eksonów (splicing).

W komórkach prokariotycznych transkrypcja zachodzi na terenie cytoplazmy, a wytworzony mRNA może być bezpośrednio wykorzystywany w translacji. 

Translacja 

Translacja jest syntezą polipeptydu na podstawie sekwencji kodonów mRNA. Zachodzi na rybosomach. 

RZXXU8RYLP3Mh

Film nawiązujący do treści materiału pod tytułem: Przebieg translacji u Eukaryota.

Film nawiązujący do treści materiału pod tytułem: Przebieg translacji u Eukaryota.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/RZXXU8RYLP3Mh

Film nawiązujący do treści materiału pod tytułem: Przebieg translacji u Eukaryota.

Inicjacja: mała podjednostka rybosomu, inicjatorowy tRNA i czynniki inicjacyjne rozpoznają właściwe miejsce rozpoczęcia translacji. Po rozpoznaniu AUG dołącza duża podjednostka rybosomu. 

Elongacja: aminoacylo‑tRNA wiąże się w miejscu A rybosomu. Powstaje wiązanie peptydowe, którego utworzenie katalizuje rRNA dużej podjednostki. Rybosom przesuwa się o jeden kodon, a kolejne tRNA przechodzą przez miejsca A, P i E. 

Terminacja: gdy w miejscu A znajdzie się kodon STOP, wiąże się czynnik uwalniający. Łańcuch polipeptydowy zostaje odłączony, a kompleks translacyjny rozpada się. 

Modyfikacje potranslacyjne białek 

Polipeptyd powstający na rybosomie nie zawsze jest od razu aktywnym białkiem. Może wymagać: 

• prawidłowego sfałdowania;

• utworzenia mostków disiarczkowych;

• proteolitycznego odcięcia fragmentów;

• fosforylacji; 

• glikozylacji;

• acetylacji, metylacji lub innych modyfikacji chemicznych; 

• połączenia z innymi podjednostkami.

Modyfikacje potranslacyjne wpływają na aktywność, lokalizację, trwałość i oddziaływania białka. Białka zbędne albo nieprawidłowo sfałdowane mogą zostać oznaczone ubikwityną i zdegradowane w proteasomie.

Regulacja ekspresji genów w komórkach eukariotycznych 

Komórki organizmu wielokomórkowego mają zasadniczo ten sam genom, ale różnią się zestawem aktywnych genów. Selektywna ekspresja genów umożliwia specjalizację komórek i dostosowanie ich aktywności do warunków.

Regulacja ekspresji genów może zachodzić na wielu poziomach.

Dostępność do genu

Modyfikacje histonów wpływają na stopień upakowania chromatyny. Acetylacja histonówjest zwykle związana z rozluźnieniem chromatyny, natomiast metylacjaz jej kondensacją i ograniczeniem transkrypcji. 

Regulacja transkrypcji

Czynniki transkrypcyjne wiążą się z promotorami oraz sekwencjami regulatorowymi, takimi jak sekwencje wzmacniające i wyciszające. Mogą zwiększać albo zmniejszać częstość inicjowania transkrypcji.

Regulacja potranskrypcyjna

Obejmuje m.in. alternatywny splicing, który pozwala wytworzyć z jednego pre‑mRNA różne dojrzałe cząsteczki mRNA, a w konsekwencji różne izoformy białka.

Regulacja translacyjna 

Polega m.in. na kontrolowaniu dostępu rybosomów i czynników inicjacyjnych do mRNA. miRNA związany z kompleksem białkowym może zahamować translację albo przyczynić się do degradacji mRNA.

Regulacja potranslacyjna

Obejmuje aktywowanie, hamowanie, kierowanie do odpowiednich przedziałów komórki i kontrolowaną degradację białek. Dzięki temu komórka może szybko zmienić aktywność istniejących białek bez konieczności ponownej transkrypcji i translacji.

Podstawowe pojęcia stosowane w genetyce klasycznej 

W genetyce klasycznej gen traktuje się jako czynnik warunkujący określoną cechę. Różne warianty tego samego genu nazywa się allelami. U organizmu diploidalnego (2n) allele danego genu znajdują się w odpowiadających sobie loci chromosomów homologicznych.

Genotyp oznacza zestaw alleli organizmu, natomiast fenotyp jest zespołem jego cech, które powstają w wyniku działania genotypu oraz wpływu środowiska.

Osobnik mający dwa jednakowe allele badanego genu jest homozygotą: dominującą, np. AA, albo recesywną, np. aa. Osobnik mający dwa różne allele jest heterozygotą, np. Aa. 

W przypadku dominacji zupełnej allel dominujący ujawnia się zarówno u homozygoty dominującej, jak i u heterozygoty, natomiast działanie allelu recesywnego jest widoczne fenotypowo tylko u homozygoty recesywnej.

Prawa Mendla 

Prawo czystości gamet (I prawo Mendla): do każdej gamety trafia tylko jeden allel z pary alleli danego genu. Rozdzielenie alleli następuje podczas powstawania gamet. 

Prawo niezależnego dziedziczenia cech (II prawo Mendla): allele należące do różnych par genów mogą być przekazywane do gamet niezależnie.      

Allele:

F1 (pierwsze pokolenie potomne):

R10AmLNeJwXAH

Ilustracja przedstawia krzyżówkę genetyczną w postaci szachownicy. Na ilustracji są trzy kolumny i trzy poziome rzędy. W kolumnie pierwszej w pierwszym rzędzie są symbole płci męskiej i żeńskiej. W drugiej i w trzeciej kolumnie w tym rzędzie, na różowym tle, obecne są duże litery AB. To gamety osobnika żeńskiego. W drugim i trzecim rzędzie w pierwszej kolumnie, na niebieskim tle obecne są gamety męskie, małe ab. Po połączeniu gamet żeńskich zapisanych dużymi literami AB z gametami męskimi zapisanymi małymi literami ab powstaje genotyp duże A małe a duże B małe b. Widoczny jest czterokrotnie: w drugim rzędzie w drugiej i trzeciej kolumnie oraz w trzecim rzędzie w drugiej i trzeciej kolumnie.

Stosunek fenotypowy 4 : 0 (wszystkie osobniki tworzą żółte, gładkie nasiona)

F2 (drugie pokolenie potomne):

R1QTKAuf6E90Y

Ilustracja przedstawia krzyżówkę genetyczną ukazującą genotypy uzyskane w pokoleniu F2. Zarówno samiec, jak i samica wytwarzają cztery rodzaje gamet: duże A duże B, duże A małe b, małe a duże B, małe a małe b. Krzyżówki są następujące: z duże A duże B i duże A duże B powstaje genotyp dwa razy duże A dwa razy duże B, z duże A duże B i duże A małe b powstaje dwa razy duże A duże B małe b, z duże A duże B i małe a duże B powstaje genotyp zapisany jako duże A małe a dwa razy duże B, połączenie gamet zapisanych jako duże A duże B i małe a małe b daje genotyp duże A małe a duże B małe b. Następnie z połączenia duże A małe b i duże A duże B powstaje genotyp dwa razy duże A duże B małe b, z duże A małe b i duże A małe b - postaje genotyp dwa razy duże A dwa razy małe b, duże A małe b połączone z małe a duże B daje duże A małe a duże B małe b, duże A małe b i małe a małe b daje genotyp duże A małe a dwa razy małe b. Z połączenia małe a duże B z duże A duże B powstaje genotyp duże A małe a dwa razy duże B, małe a duże B połączone z duże A małe b daje genotyp duże A małe a duże B małe b, małe a duże B wraz z małe a duże B daje dwa razy małe a dwa razy duże B, natomiast małe a duże B połączone z małe a małe b daje genotyp dwa razy małe a duże B małe b. W ostatnim rzędzie z połączenia małe a małe b z duże A duże B powstaje genotyp duże A małe a dwa razy małe b, połączenie małe a małe b z małe a duże B daje dwa razy małe a duże B małe b, natomiast połączenie małe a małe b z małe a małe b daje genotyp dwa razy małe a dwa razy małe b.

Stosunek fenotypowy 9 : 3 : 3 : 1

Krzyżówka testowa 

Krzyżówka testowa służy do określenia genotypu osobnika o fenotypie dominującym. Osobnika badanego krzyżuje się z homozygotą recesywną: 

• jeżeli całe potomstwo ma fenotyp dominujący, badany osobnik był homozygotą dominującą; 

• jeżeli potomstwo wykazuje fenotyp dominujący i recesywny w stosunku 1 : 1, badany osobnik był heterozygotą.

Zależności między genami 

Dominacja zupełna 

Heterozygota ma taki sam fenotyp jak homozygota dominująca. Stosunek fenotypowy w potomstwie heterozygot wynosi 3 : 1, a genotypowy 1 : 2 : 1.

Dominacja niezupełna

Heterozygota ma fenotyp różniący się od fenotypów obu homozygot, często pośredni. Po skrzyżowaniu dwóch heterozygot zarówno stosunek genotypowy, jak i fenotypowy wynosi: 1 : 2 : 1.

R16pKMsG1v39k

Ilustracja przestawia krzyżowanie dziwaczka o czerwonych kwiatach z dziwaczkiem o kwiatach białych. Pod zdjęciami kwiatów podpisano ich genotypy i gamety. Poniżej pierwsze pokolenie potomne, heterozygoty o kwiatach barwy różowej. Podpisane genotypy i gamety. W trzecim rzędzie krzyżówka genetyczna heterozygot. Poniżej wynik krzyżowania, czyli drugie pokolenie potomne. Jest to czerwona homozygota dominująca, dwie różowe heterozygoty i biała homozygota recesywna. Taki wynik wskazuje na niepełną dominację alleli u dziwaczka.

Kodominacja

W kodominacjioba allele ujawniają się w fenotypie heterozygoty równocześnie i w sposób możliwy do rozróżnienia. Nie powstaje fenotyp pośredni. Przykładem jest grupa krwi MN oraz grupa AB w układzie AB0.

R14QGTM6Z1ZL2

Ilustracja przedstawia krzyżowanie w postaci szachownicy. Na ilustracji są dwie kolumny i dwa poziome rzędy. W kolumnie pierwszej i pierwszym rzędzie są duże litery M, po ich połączeniu powstaje genotyp duże M duże M. Następnie w drugiej kolumnie jest gameta męska duże N, po połączeniu z gametą żeńską zapisaną dużą literą M daje duże M duże N. Po połączeniu gamety męskiej zapisanej dużą literą M z gametą żeńską zapisaną dużą literą N powstaje genotyp duże M duże N. Z połączenia gamety męskiej zapisanej dużą literą N z gametą żeńską zapisaną dużą literą N powstaje zapis duże N duże N.

Allele wielokrotne

O allelach wielokrotnych mówi się wtedy, gdy w populacji występują więcej niż dwa allele danego genu. Np. w układzie grupowym AB0 występują allele IIndeks górny ᴬ^ᴬ, IIndeks górny ᴮ^ᴮ oraz i, przy czym:

• IIndeks górny A^A i IIndeks górny B^B są względem siebie kodominujące i dominują nad allelem i;

• genotyp IIndeks górny ᴬ^ᴬIIndeks górny ᴮ^ᴮwarunkuje grupę AB;

• genotyp ii warunkuje grupę 0.

R111i317CB6it

Ilustracja przedstawia krzyżowanie w postaci szachownicy. Na ilustracji są dwie kolumny i dwa poziome rzędy. W kolumnie pierwszej jest duża litera i indeks górny duże A, w kolumnie drugiej jest duża litera i indeks górny duże B. W pierwszym i drugim rzędzie są małe litery i. Po połączeniu gamet powstają cztery genotypy: duża litera i indeks górny duże a małe i, duża litera i indeks górny duże B małe i. Genotypy te powtarzają się.

Plejotropia

Plejotropia polega na wpływie jednego genu na wiele cech organizmu. Jest możliwa, gdy produkt genu działa w wielu tkankach lub uczestniczy w procesie o licznych następstwach fizjologicznych. 

RHkyM1Vjy41pc

Grafika przedstawia schemat obrazujący plejotropowe oddziaływanie genu. Litery G oznaczają poszczególne genotypy, natomiast litery P poszczególne fenotypy. W górnej linii znajdują się trzy koła o różnych kolorach i oznaczeniach. Są to kolejno od lewej czerwone koło oznaczone G1, niebieskie koło oznaczone G2 oraz żółte koło oznaczone G3. W drugiej, dolnej linii również znajdują się trzy koła o różnych kolorach i oznaczeniach. Są to kolejno od lewej czerwone koło oznaczone P1, brązowe koło oznaczone P2 oraz zielone koło oznaczone P3. Od koła G1 w dół skierowane są dwie strzałki: jedna w stronę koła P1 i jedna w stronę koła P2. Od koła G2 w dół skierowane są dwie strzałki: jedna w stronę koła P2 i jedna w stronę koła P3. Od koła G3 w dół skierowane są dwie strzałki: jedna w stronę koła P2 i jedna w stronę koła P3.

Dopełnianie się genów 

Dopełnianie się genów to zjawisko współdziałania dwóch lub więcej alleli różnych genów w wytworzeniu danej cechy. Na przykład synteza barwnika odpowiedzialnego za kolor kwiatów u groszku pachnącego wymaga obecności co najmniej jednego dominującego allelu każdego z dwóch genów, A i B. Rośliny o  genotypach aaBb, Aabb lub aabb mają kwiaty pozbawione tego barwnika. W pokoleniu FIndeks dolny 2₂może powstać stosunek fenotypowy 9 : 7.

Poligenia i geny kumulatywne 

Poligenia oznacza warunkowanie jednej cechy przez wiele genów. Jeśli działanie alleli kolejnych genów sumuje się, są one nazywane genami kumulatywnymi.

Poligenicznie dziedziczą się przede wszystkim cechy ilościowe, np. wzrost, masa ciała, intensywność zabarwienia czy wiele parametrów fizjologicznych. Cechy takie mogą wykazywać zmienność ciągłą i zwykle silnie zależą również od środowiska.

Epistaza i hipostaza 

Epistaza jest oddziaływaniem między różnymi genami, w którym allele jednego genu maskują lub modyfikują fenotypowy efekt innego genu: 

• gen maskujący określa się jako epistatyczny;

• gen, którego działanie jest maskowane, to gen hipostatyczny.

Epistaza może zmieniać klasyczny stosunek rozczepienia cech w pokoleniu FIndeks dolny 2₂ krzyżówki dwugenowej z 9 : 3 : 3 : 1, np. na 9 : 3 : 4.

Chromosomowa teoria dziedziczenia 

Chromosomowa teoria dziedziczenia łączy prawa genetyki z przebiegiem mejozy. Jej podstawowe założenia są następujące: 

• geny są rozmieszczone w chromosomach, zajmując w nich określone miejsce, czyli locus;

• allele danego genu zajmują odpowiadające sobie loci chromosomów homologicznych;

• geny są ułożone wzdłuż chromosomu;

• allele rozdzielają się do gamet wskutek segregacji chromosomów homologicznych;

• geny położone na tym samym chromosomie nazywane są genami sprzężonymi.

R1C5J5NA3ML4N

Grafika przedstawia schemat rozchodzenia się genów sprzężonych do gamet. W komórce macierzystej znajdują się dwie pary chromosomów homologicznych. Na parze czerwonych chromosomów po lewej stronie znajdują się następujące geny: na pierwszym geny A duże oraz E duże, natomiast na drugim a małe oraz e małe. Do gamet rozchodzi się po jednej chromatydzie z pary chromosomów homologicznych. Allele A i E duże i a i e małe dziedziczą się razem. W ten sposób powstają cztery gamety: po dwie AE duże i po dwie ae małe.

Sprzężenie genów nie jest całkowite. Rozdzielenie genów sprzężonych może nastąpić na skutek crossing‑over zachodzącego podczas mejozy. 

R135TOCP8R31R

Grafika przedstawia dwie pary chromosomów homologicznych przed i po crossing‑over. Chromosomy kształtem przypominają literę x. Pierwsza para chromosomów homologicznych składa się z jednego różowego chromosomu, który w dolnej części ramion ma zapisane oznaczenia: duże A, duże B, duże D oraz niebieskiego chromosomu, który w dolnej części ramion ma zapisane oznaczenia: małe a, małe b, małe d. Strzałka w prawo. Dolne części wewnętrznych ramion chromosomu różowego i niebieskiego krzyżują się ze sobą. Strzałka w prawo. W wyniku crossing‑over doszło do krzyżowej wymiany fragmentów chromosomów między chromosomami homologicznymi. Chromosom różowy posiada jedno ramię różowe oznaczone literami: duże A, duże B, duże D i drugie ramię niebieskie oznaczone literami: małe a, małe b, małe d. Znajdujący się obok chromosom niebieski posiada z kolei jedno ramię różowe oznaczone literami: duże A, duże B, duże D i drugie ramię niebieskie, oznaczone literami: małe a, małe b, małe d. Poniżej znajduje się druga para chromosomów homologicznych składająca się z jednego różowego chromosomu, który w dolnej części ramion ma zapisane oznaczenia: duże A, duże B, duże D oraz niebieskiego chromosomu, który w dolnej części ramion ma zapisane oznaczenia: małe a, małe b, małe d. Strzałka w prawo. Zakończenia wewnętrznych ramion chromosomu różowego i niebieskiego stykają się ze sobą. Strzałka w prawo. W wyniku crossing‑over doszło do wymiany niewielkiego fragmentu chromosomu między chromosomami homologicznymi. Chromosom różowy, którego jedno całe dolne ramię jest różowe ma oznaczenia: duże A, duże B, duże D i drugie ramię różowe z niebieskim zakończeniem oznaczone literami: duże A, duże B, małe d. Znajdujący się obok homologiczny chromosom niebieski posiada jedno dolne ramię niebieskie z zakończeniem różowym oznaczone literami: małe a, małe b, duże D i drugie ramię całe niebieskie, oznaczone literami: małe a, małe b, małe d.

Im większa odległość między genami, tym większe prawdopodobieństwo crossing‑over między ich loci. Częstość rekombinacji oblicza się według wzoru:

liczba rekombinantów / całkowita liczba potomstwa × 100%.

Częstość rekombinacji wynosząca 1% odpowiada w uproszczonym mapowaniu odległości 1 centymorgana (cm).

Mapowanie genów 

Znając częstości rekombinacji między poszczególnymi genami można ustalić ich kolejność na chromosomie.

R19fl4gobjD6V

Grafika przedstawia dwa chromosomy z rozmieszczonymi na nich genami y, w i m. W chromosomie po lewej stronie, kolejno od góry znajduje się gen y, pod nim gen w (w odległości 10 centymorganów). Poniżej znajduje się gen m, w odległości 20 centymorganów od genu w. Gen y i m oddalone są od siebie o 28 centymorganów. W chromosomie po prawej stronie geny znajdują się w odwrotnej kolejności. Kolejno od góry znajduje się gen m, pod nim gen w (w odległości 20 centymorganów). Poniżej znajduje się gen y, w odległości 10 centymorganów od genu w. Gen y i m również oddalone są od siebie o 28 centymorganów.

Genetyczna determinacja płci i cechy sprzężone z płcią 

Genetyczna płeć człowieka determinowana jest obecnością chromosomów płci: u kobiet – dwóch chromosomów X, u mężczyzn – jednego chromosomu X i jednego chromosomu Y. 

Cechy sprzężone z chromosomem X są warunkowane przez geny znajdujące się na tym chromosomie. Recesywne allele takich genów częściej ujawniają się fenotypowo u osób mających tylko jeden chromosom X, ponieważ nie ma drugiego allelu, który mógłby zamaskować ich działanie. Przykładami chorób recesywnych sprzężonych z chromosomem X są hemofilia, daltonizm oraz dystrofia mięśniowa Duchenne’a. 

R1QzThstRRNLY

Ilustracja przedstawia schemat dziedziczenia hemofilii u ludzi. Choroba ta jest sprzężona z płcią. Po lewej znajduje się niebieska sylwetka zdrowego mężczyzny o genotypie XHY (duże H). Obok widać czerwoną sylwetkę kobiety nosicielki o genotypie XHXh (duże H i małe h). Mała litera h oznacza wadliwy gen, który warunkuje hemofilię. Z prawej strony widać krzyżówkę genetyczną tej pary. W pokoleniu potomnym będzie dwoje zdrowych dzieci, dziewczynka i chłopiec, oraz dziewczynka nosicielka i chory chłopiec. Zdrowa dziewczynka odziedziczy dwa prawidłowe allele od matki i ojca, czyli jej genotyp to XHXH (dwie duże litery H). Zdrowy chłopiec odziedziczy zdrowy allel od matki i chromosom Y od ojca. Jego genotyp to XHY (duża litera H). Druga dziewczynka będzie nosicielką allelu hemofilii, czyli odziedziczy wadliwy allel od matki i prawidłowy od ojca. Jej genotyp to XHXh (jedna duża litera H, druga mała). Drugi chłopiec będzie chorował na hemofilię. Od matki odziedziczy chromosom X z wadliwym genem, a od ojca chromosom Y. Jego genotyp to XhY (małe h).

Dziedziczenie pozajądrowe 

Dziedziczenie pozajądrowe to dziedziczenie cech uwarunkowanych genami znajdującymi się poza jądrem komórkowym. U eukariontów część informacji genetycznej jest zlokalizowana w mitochondriach, a u roślin i protistów roślinopodobnych także w plastydach.

U człowieka mitochondrialne DNA (mtDNA) jest dziedziczone w linii matczynej, ponieważ mitochondria zygoty pochodzą niemal wyłącznie z komórki jajowej. Matka przekazuje mtDNA wszystkim swoim dzieciom, natomiast ojciec zasadniczo nie przekazuje go potomstwu.

U roślin dziedziczenie plastydowego DNA najczęściej odbywa się w linii żeńskiej,  wyjątkowo w linii męskiej lub jest dziedziczeniem obustronnym. 

Cechy warunkowane przez DNA zawarte w organellach nie wykazują typowych proporcji dziedziczenia mendlowskiego. 

Zmienność organizmów

Zmienność organizmów oznacza występowanie różnic między osobnikami tego samego gatunku. Różnice mogą dotyczyć cech morfologicznych, fizjologicznych, biochemicznych i behawioralnych.

Fenotyp osobnika jest wynikiem współdziałania genotypu oraz środowiska.

R1TsKfEh7wQF3

Film pod tytułem: "Fenotyp jako wypadkowa zmienności genetycznej i środowiskowej".

Film pod tytułem: "Fenotyp jako wypadkowa zmienności genetycznej i środowiskowej".

Film dostępny pod adresem /preview/resource/R1TsKfEh7wQF3

Film pod tytułem: "Fenotyp jako wypadkowa zmienności genetycznej i środowiskowej".

Zmienność środowiskowa **(modyfikacyjna)**obejmuje różnice fenotypu powstające pod wpływem warunków środowiska bez zmiany sekwencji DNA.

Do czynników środowiskowych wpływających na fenotyp należą m.in. temperatura, światło, dostępność wody i składników pokarmowych, dostępność przestrzeni do życia. 

Plastyczność fenotypowa jest zdolnością jednego genotypu do wytwarzania różnych fenotypów w zależności od środowiska. Norma reakcji opisuje zakres fenotypów, jaki dany genotyp może wytworzyć w różnych warunkach. Norma reakcji jest właściwością genotypu, ale obserwowany fenotyp powstaje wskutek interakcji genotypu ze środowiskiem.

Zmienność genetyczna wynika z różnic w sekwencji i organizacji materiału genetycznego osobników. Jej źródłami są mutacje i rekombinacja genetyczna. Mutacja jest pierwotnym źródłem nowych wariantów sekwencji DNA. Rekombinacja nie tworzy zwykle nowych alleli, lecz nowe kombinacje alleli już istniejących.

Zmienność rekombinacyjna 

Zmienność rekombinacyjna jest wynikiem rozmnażania płciowego, a jej źródłem są:

• proces crossing‑over zachodzący podczas mejozy;

• losowe rozchodzenie się chromosomów homologicznych do gamet:

• losowe łączenie się gamet podczas zapłodnienia.

Zmienność mutacyjna 

Mutacja to nagła i trwała zmiana w materiale genetycznym komórki. Może zachodzić spontanicznie, ale częstotliwość ich powstawania zwiększają niektóre czynniki środowiskowe - mutageny. 

Mutacje somatyczne zachodzą w materiale genetycznym komórek somatycznych, czyli takich, które budują ciało (np. komórki kości, płuc, jelit). Są niedziedziczne.

Mutacje generatywne zachodzą w materiale genetycznym gamet lub komórek których one powstają. Są to zmiany dziedziczne.

Mutacje spontaniczne to zmiany w informacji genetycznej zachodzące samorzutnie, bez wyraźnego wpływu czynników środowiskowych. Zmiany te następują np. w czasie replikacji DNA.

Mutacje indukowane to zmiany w informacji genetycznej zachodzące pod wpływem działania mutagenów. Do czynników uszkadzających i zmieniających informację genetyczną zalicza się mutageny chemiczne (np. analogi zasad azotowych), fizyczne (np. promieniowanie UV) i biologiczne (np. niektóre toksyny bakteryjne).

Mutacje korzystne związane są z pojawieniem się nowych, korzystnych cech organizmu. 

Mutacje neutralne są dla organizmu zmianami obojętnymi. W zmieniających się warunkach środowiska początkowo neutralna dla organizmu mutacja może okazać się korzystna, jeśli zwiększa możliwości adaptacyjne, lub niekorzystna, jeśli możliwości te są zmniejszone.

Mutacje niekorzystne mogą prowadzić do śmierci organizmu (mutacje letalne) lub znacznie upośledzać jego funkcjonowanie (mutacje subletalne). 

Mutacje genowe dotyczą zmiany w kolejności lub liczbie nukleotydów w obrębie jednego genu. 

Mutacje chromosomowe dotyczą zmian w strukturze chromosomu (mutacje chromosomowe strukturalne) lub w liczbie chromosomów (mutacje chromosomowe liczbowe).

Mutacje chromosomowe strukturalne polegają na zmianie budowy chromosomu, np. w wyniku pękania chromatyd i ich błędnego połączenia.

Mutacje chromosomowe liczbowe polegają na zmianie liczby chromosomów w jadrze komórkowym:

• aneuploidie – brak lub nadmiar jednego albo kilku pojedynczych chromosomów, np. monosomie (2n - 1), trisomie (2n + 1); 

• euploidie – zmiana liczby kompletnych zestawów chromosomów: monoploidia (n) i poliploidia (np. 3n, 5n). Jeśli zwielokrotnione genomy są genetycznie jednakowe, mówimy o autopoliploidii, a w przypadku gdy są różne – o allopoliploidii.

Zmienność genetyczna ciągła i nieciągła 

Ze względu na sposób występowania cechy w populacji, zmienność genetyczną można podzielić na zmienność ciągła i zmienność nieciągłą.

Zmienność ciągła dotyczy cech ilościowych, które mogą przyjmować wiele wartości pośrednich, np. wzrost, masa ciała, intensywność pigmentacji skóry,  plenność i wydajność organizmów hodowlanych.

Zmienność nieciągła dotyczy cech występujących w wyraźnie oddzielonych kategoriach, bez ciągłego szeregu form pośrednich, np. wzór odcisku palca, przyrośnięty lub wolny płatek ucha. 

Znaczenie zmienności genetycznej 

Zmienność genetyczna:

• zwiększa różnorodność genetyczną populacji;

• umożliwia działanie doboru naturalnego;

• pozwala populacjom odpowiadać ewolucyjnie na zmiany środowiska;

• może przyczyniać się do powstawania nowych przystosowań i gatunków.

Choroby genetyczne człowieka 

Choroby genetyczne są następstwem zmian w materiale genetycznym. Zmiany te mogą dotyczyć sekwencji pojedynczego genu, struktury chromosomu albo liczby chromosomów. 

Ze względu na podłoże wyróżnia się:

• choroby jednogenowe, wynikające z mutacji w obrębie jednego genu;

• choroby wieloczynnikowe, których rozwój zależy od działania wielu genów oraz czynników środowiskowych;

• zespoły aberracji chromosomowych, powstające wskutek zmian liczby lub struktury chromosomów.

Choroby jednogenowe

Choroba jednogenowa może być dziedziczona:

• autosomalnie recesywnie;

• autosomalnie dominująco;

• recesywnie w sprzężeniu z chromosomem X;

• dominująco w sprzężeniu z chromosomem X.

Choroba autosomalna recesywna (np. albinizm, mukowiscydoza, fenyloketonuria, alkaptonuria) ujawnia się zwykle u osoby, która odziedziczyła nieprawidłowy allel danego genu od obojga rodziców. Heterozygota posiadająca nieprawidłowy allel najczęściej nie wykazuje objawów chorobowych i jest nazywana nosicielem.

R1XAHQQTDUTNM

Schemat przedstawia dziedziczenie chorób genetycznych uwarunkowanych obecnością allelu recesywnego w przypadku, gdy oboje z rodziców są heterozygotami. Na górze schematu przedstawiono schematyczne postacie zdrowego ojca i zdrowej matki – nosicieli wadliwej kopii genu. Obrazuje to para genów umieszczona koło postaci – jeden z kolorem fioletowym symbolizującym gen zdrowy, drugi z kolorem czarnym symbolizującym gen uszkodzony. Pod spodem przedstawiono kombinacje dotyczące stanu zdrowia dzieci mogących urodzić się z tego związku. Pierwsza postać z lewej odziedziczyła dwa zdrowe geny oznaczone kolorem fioletowym i jest zdrowa. Dwie kolejne postaci odziedziczyły po rodzicach jeden gen fioletowy, drugi czarny i są osobami zdrowymi będącymi nosicielami wadliwej kopii genu. Ostatnia postać ma koło siebie dwa geny w kolorze czarnym i jest chora, ponieważ odziedziczyła od obojga rodziców geny warunkujące chorobę.

Niektóre choroby autosomalne recesywne przejawiają się niedoborem enzymu uczestniczącego w szlaku metabolicznym powodując tzw. blok metaboliczny. Zahamowanie określonego etapu przemiany może spowodować: 

• gromadzenie substratu lub jego toksycznych pochodnych;

• niedobór produktu reakcji; 

• uruchomienie alternatywnych szlaków metabolicznych. 

Choroby autosomalne dominujące (np. pląsawica Huntingtona) ujawniają się u osoby mającej jeden nieprawidłowy allel. Osoba heterozygotyczna ma 50% szans na przekazanie wadliwego allelu każdemu dziecku, niezależnie od jego płci.

R16RSP3B3LA1J

Schemat przedstawia dziedziczenie chorób genetycznych uwarunkowanych obecnością allelu dominującego. Na górze schematu przedstawiono schematyczne postacie chorego ojca z jednym genem zdrowym, drugim wadliwym (heterozygota) i zdrowej matki z dwoma genami zdrowymi (homozygota recesywna). Gen zdrowy oznaczono kolorem fioletowym, gen chory kolorem czarnym. Pod spodem przedstawiono kombinacje dotyczące stanu zdrowia dzieci mogących urodzić się z tego związku. Pierwsza postać z lewej odziedziczyła jedne gen zdrowy, drugi chory i jest chora, druga podobnie (gen czarny i fioletowy). Dwie kolejne postaci odziedziczyły po rodzicach fioletowe geny i są zdrowe.

Choroby recesywne sprzężone z płcią (np. daltonizm, hemofilia) dotyczą nieprawidłowych alleli zlokalizowanych na chromosomie X. U osoby mającej jeden chromosom X pojedynczy patogenny wariant genu sprzężonego z X może wystarczyć do ujawnienia choroby. U osoby mającej dwa chromosomy X objawy recesywnej choroby sprzężonej z X pojawiają się zazwyczaj po odziedziczeniu dwóch patogennych wariantów.

RCX1XHG9L52NS

Schemat przedstawia choroby sprzężone z płcią dziedziczeniu recesywnym. Na pierwszym obrazku narysowano zdrowego ojca, matkę nosicielkę oraz ich potomstwo. Z tego związku urodzi się zdrowy syn, córka nosicielka, chory syn, zdrowa córka. Na rysunku wskazano że geny zdrowego ojca zostaną przekazane całej czwórce potomstwa. Natomiast gen matki nosicielki zostanie przekazany dwójce z całego potomstwa. Przy czym jedno dziecko będzie nosicielem, a drugie dziecko będzie chore. Na drugim obrazku narysowano chorego ojca, zdrową matkę oraz ich potomstwo. Z tego związku urodzi się dwóch zdrowych synów oraz dwie córki nosicielki. Na rysunku wskazano że geny zdrowego ojca zostaną przekazane całej czwórce potomstwa. Natomiast geny chorego ojca zostaną przekazane dwóm córkom nosicielkom i dwóm zdrowym synom.

Choroby dominujące sprzężone z płcią (np. krzywica oporna na witaminę DIndeks dolny 3₃) występują u osób z jednym albo dwoma chromosomami X. Chory ojciec nie przekazuje wariantu synom, natomiast przekazuje go wszystkim córkom. Heterozygotyczna matka przekazuje wadliwy allel połowie dzieci, niezależnie od płci.

Analiza rodowodów w dziedziczeniu chorób jednogenowych 

Rodowód genetyczny przedstawia występowanie cechy w rodzinie i relacje pokrewieństwa między osobami. Pozwala sformułować hipotezę o sposobie dziedziczenia, wyznaczać możliwe genotypy i szacować ryzyko wystąpienia cechy u potomstwa.

W rodowodzie: 

• kwadrat i koło tradycyjnie oznaczają osoby odpowiednio płci męskiej i żeńskiej;

• symbol wypełniony oznacza osobę wykazującą analizowaną cechę;

• półwypełnienie lub kropka oznaczają nosiciela, zależnie od przyjętej konwencji;

• pozioma linia łączy rodziców;

• linie pionowe i poziome przedstawiają potomstwo i rodzeństwo.

Cechy wskazujące na dziedziczenie autosomalne recesywne:

• choroba może pomijać pokolenia;

• chorzy mogą mieć zdrowych rodziców;

• występuje podobnie często u obu płci;

• częściej pojawia się u rodzeństwa niż w następujących po sobie pokoleniach.

Cechy wskazujące na dziedziczenie autosomalne dominujące:

• cecha zwykle występuje w kolejnych pokoleniach;

• chora osoba ma zwykle chorego rodzica;

• dotyczy obu płci; 

• możliwe jest przekazanie cechy przez ojca synowi.

Cechy wskazujące na dziedziczenie recesywne sprzężone z X:

• częściej chorują osoby mające jeden chromosom X;

• nie obserwuje się przekazywania cechy z ojca na syna;

• nieprawidłowy allel może być przekazywany przez zdrowe nosicielki;

• chory ojciec przekazuje wariant wszystkim córkom.

Zespoły aberracji chromosomowych liczbowych i strukturalnych

Zespoły związane ze zmianą liczby chromosomów wynikają z aneuploidii, np:

• monosomie: 2n − 1;

• trisomie: 2n + 1.

Najczęstszą przyczyną jest nondysjunkcja, czyli nieprawidłowe rozdzielenie chromosomów homologicznych podczas mejozy. 

Slajd 1 z 2

R1LuQGUD1hugM

Schemat przedstawia 3 poziomy. Pierwszy poziom, dwa chromosomy, 2n. Rozdziela się na dwa poziomy w dół. Pierwszy z nich, dwa chromosomy 1n+1. Drugi z nich 1n-1. Pierwszy z nich rozdziela się w dół na dwa chromosomy 1n+1 i dwa chromosomy 1n+1. Drugi z nich 1n-1 rozdziela się na dwa: 1n-1 i 1n-1.

Rj9tAW8kEAUDJ

Schemat przedstawia 3 poziomy. Pierwszy poziom, dwa chromosomy, 2n. Rozdziela się na dwa poziomy w dół. Pierwszy z nich, dwa chromosomy 1n. Drugi z nich, dwa chromosomy 1n. Pierwszy z nich rozdziela się w dół na jeden chromosom 1n i jeden chromosom 1n. Drugi z nich, dwa chromosomy 1n rozdziela się na dwa: dwa chromosomy 1n+1 i 1n-1.

Przykłady zespołów związanych z liczbą chromosomów. 

• Zespół Downa - trisomia autosomalna. Kariotypy osób z zespołem Downa: 47,XY,+21(kariotyp męski), 47,XX,+21(kariotyp żeński).

• Zespół Klinefeltera- trisomia chromosomów płci. Kariotyp osób z zespołem Klinefeltera: 47,XXY.

• Zespół Turnera- monosomia chromosomów płci. Kariotyp osób z zespołem Turnera: 45,X.

Zespoły aberacji chromosomowych strukturalnych są wynikiem mutacji zmieniających strukturę chromosomów: 

• Zespół cri du chat(zespół kociego krzyku) - delecja fragmentu krótkiego ramienia chromosomu 5.

• Przewlekła białaczka szpikowa - translokacja wzajemna między chromosomami 9 i 22.

Diagnostyka cytogenetyczna 

Kariotyp oznacza zestaw chromosomów komórki określony pod względem ich liczby i budowy. Kariogram jest uporządkowanym graficznym przedstawieniem chromosomów.

Klasyczna analiza kariotypu umożliwia wykrywanie:

• aneuploidii;

• poliploidii;

• większych delecji i duplikacji;

• dużych translokacji i inwersji.

Transformacja nowotworowa 

Transformacja nowotworowa jest wieloetapowym procesem, w którym komórka nabywa zmiany umożliwiające, m.in. niekontrolowane namnażanie, unikanie mechanizmów śmierci i unikanie odpowiedzi immunologicznej.

R4Z3JVE1JK8UD

Ilustracja schematycznie przedstawia etapy kancerogenezy. Na górze schematu widać owalną komórkę w kolorze różowym z niebieskim, okrągłym, dużym jądrem wewnątrz. Jest to komórka prawidłowa. Prowadzi od niej w dół niebieska strzałka z podpisem: inicjacja, a z drugiej strony: pierwsza mutacja. Poniżej w klamrze zilustrowany jest etap promocji i poliferacji. Pod komórką prawidłową znajduje się komórka zmutowana o nierównym, owalnym konturze. Od niej w dół biegną dwie strzałki – jedna do takiej samej komórki, druga do owalnej komórki z jaśniejszym, niebieskim jądrem i obwódką z przerywanych linii. Od drugiej komórki w dół prowadzą dwie różowe linie w dół. Na końcu każdej z nich znajdują się po trzy komórki zmutowane połączone ze sobą z podpisem: nowotwór łagodny. Od nich w dół biegnie niebieska strzałka z podpisem: progresja, a z drugiej strony: nabycie fenotypu złośliwego. Pod klamrą, na samym dole schematu widać skupisko komórek w postaci nieregularnych wielokątów, jedna z nich posiada dwa jądra.

Nowotwór stanowi populację komórek wywodzących się z komórki, która uzyskała przewagę proliferacyjną. W miarę kolejnych podziałów powstają dalsze mutacje i subklony komórek.

Nowotwory łagodne: 

• nie naciekają destrukcyjnie sąsiednich tkanek;

• nie tworzą przerzutów.

Nowotwory złośliwe:

• naciekają otaczające tkanki;

• mogą przenikać do naczyń;

• mogą tworzyć przerzuty w odległych narządach.

Geny związane z nowotworzeniem 

Protoonkogeny - kodują białka prawidłowo pobudzające wzrost, przeżycie lub podziały komórek. Mutacja aktywująca może przekształcić protoonkogen w onkogen.

Geny supresorowe - ograniczają podziały, kontrolują punkty kontrolne cyklu, uczestniczą w odpowiedzi na uszkodzenie DNA albo inicjują apoptozę. Utrata ich funkcji usuwa mechanizmy hamujące namnażanie się komórek nowotworowych.

Geny stabilności genomu - kodują białka uczestniczące w naprawie DNA, kontroli replikacji i zachowaniu prawidłowej struktury chromosomów. Ich mutacje zwiększają tempo powstawania niekorzystnych mutacji w innych genach.

Czynniki rakotwórcze 

Czynniki rakotwórcze, czyli kancerogeny zwiększają prawdopodobieństwo rozwoju nowotworu. Mogą być: 

• fizyczne, np. promieniowanie UV i jonizujące;

• chemiczne, np. składniki dymu tytoniowego;

• biologiczne, np. niektóre wirusy, toksyny bakteryjne i grzybowe. 

Nie każdy kancerogen działa przez bezpośrednie wywoływanie mutacji. Niektóre czynniki pobudzają przewlekły stan zapalny, zwiększają proliferację albo zaburzają regulację epigenetyczną.

Profilaktyka nowotworów 

Profilaktyka pierwotna ogranicza prawdopodobieństwo powstania choroby. Należą do niej m.in.: 

• unikanie dymu tytoniowego;

• ograniczanie ekspozycji na promieniowanie UV;

• szczepienie przeciw wirusom brodawczaka ludzkiego (HPV) i zapalenia wątroby typu B (HBV);

• aktywność fizyczna i utrzymywanie prawidłowej masy ciała;

• ograniczenie ekspozycji na kancerogeny zawodowe.

Profilaktyka wtórna obejmuje badania przesiewowe wykonywane u osób bez objawów. Ich dobór zależy od wieku, płci, narządów, czynników ryzyka, historii rodzinnej i aktualnych krajowych zaleceń.

\