Zagadnienia z genetyki człowieka

ZAGADNIENIE Z GENETYKI CZŁOWIEKA
Prawa dziedziczenia wynikają bezpośrednio z zachowania się chromosomów znajdujących się w jądrze komórki, podczas mitozy, mejozy i zapłodnienia.
Mitoza to podział komórki gwarantujący precyzyjny podział chromosomów do komórek potomnych, a wraz z nimi genów.
Mejoza to powstawanie komórek płciowych (jaj - 1n; i plemników – 1n). Mając połowę liczby chromosomów komórek somatycznych, niosą połowę wszystkich genów. Kiedy jajo zostanie zapłodnione plemnikiem, chromosomy łączą się w pary (2n) i w ten sposób powstaje znów pełna instrukcja genetyczna dla każdej nowo powstającej, w wyniku podziału mitotycznych, komórki organizmu.
Zapłodnienie to połączenie genów obojga rodziców, które określają podobieństwo, ale i różnorodność potomstwa dzięki rekombinacji (crossing-over) w chromosomach w czasie powstania gamety, dlatego niemowlę od urodzenia jest indywidualnością, a dzieci tych samych rodziców różnią się między sobą.
Organizm człowieka składa się z ogromnej liczby różnych komórek. Plan budowy komórki znajduje się w chromosomach przede wszystkim jądra komórkowego. Człowieka ma określoną ilość i kształt chromosomów – kariotyp.
Komórki ciała człowieka mają 46 chromosomów – jest to liczba podwójna. W komórkach płciowych (jajach i plemnikach) są 23 chromosomy, czyli po jednym z każdej pary, aby po zapłodnieniu mogła z nich powstać 46-chromosomowa zygota dająca początek nowemu organizmowi człowieka.
Chromosom to samoodtwarzające (autoreplikacja), się struktury komórkowe, zbudowane z DNA, białek pistonowych i niehistonowych, powstają w wyniku spiralizacji nici chromatyny. Liczba ich w komórce, kształt i organizacja są charakterystycznymi cechami gatunkowymi. Chromosomy zawierają zakodowane w postaci określonych sekwencji nukleotydów (geny) informacje genetyczne, warunkujące właściwości dziedziczne organizmów..
Ze względu na położenie centromeru wyróżnia się chromosomy:
- metacentryczne – centromer umieszczony w połowie długości chromosomu, ramiona równej długości, chromosom w kształcie litery V;
- submetacentryczne – centromer dzieli chromosom na ramiona nierównej długości, kształt litery L;
- akrocentryczne (telocentryczne) – centromer leży przy samym końcu ramienia chromosomu, kształt wykrzyknika (!).
Chromosom submetacentryczny:
1 - chromatyda
2 - centromer - miejsce złączenia dwóch chromatyd
3 - ramię krótkie
4 - ramię długie
Chromosomy dzielą się na autosomy (chromosomy ciała) zawiadujące dziedziczeniem cech nie sprzężonych z płcią, oraz chromosomy płciowe - czyli allosomy lub heterosomy, których obecność przejawia się u konkretnej płci i w wielu przypadkach determinuje ją (X, Y).
Graficzne ujęcie kariotypu to ideogram (kariogram).
Kwasy nukleinowe są polimerami (makrocząsteczkami), w których manomerami - pojedynczymi składnikami są nukleotydy.
Wyróżniamy: kwas dezoksyrybonukleinowy (DNA) i kwas rybonukleinowy (RNA).
A, G - zasady purynowe
C, T, U - zasady pirymidynowe
W pojedynczej nici kwasu DNA nukleotydy połączone są wiązaniami kowalencyjnymi tzn. cząsteczki cukru ułożone są na zmianę z resztami fosforanowymi, podczas gdy zasady są odchylone od utworzonej w ten sposób długiej cząsteczki.
Kwas DNA wykazuje strukturę II rzędową analogiczną do struktury II rzędowej białka jest to struktura przestrzenna - podwójna spirala polinukleotydów nazywana helisą lub α helix.
Prawie cały DNA w komórce występuje jako helisa prawoskrętna - na 1 całkowity skręt przypada 10 par nukleotydów. Helisa utrzymana jest w przestrzeni dzięki wiązaniom wodorowym między komplentarnymi zasadami.
Zasady w DNA są komplementarne czyli uzupełniają się tzn. adeninie A odpowiada tymina T a guaninie G odpowiada cytozyna C. Komplementarność zasad w DNA ma podstawowe znaczenie dla kopiowania informacji genetycznej.
A – T
G - C
Informacja genetyczna to swoisty "zapis" cech dziedzicznych ustroju w budowie chemicznej cząsteczki, która jest "podłożem zjawisk dziedziczności".
Najistotniejszą właściwością materiału genetycznego jest zdolność przenoszenia informacji genetycznej oraz zdolności replikacji - samopowielenie. Podczas replikacji oba łańcuchy DNA oddzielają się od siebie i każdy z nich dobudowuje drugi łańcuch dopełniający. Wynik powstają dwa nowe łańcuchy DNA, ponieważ każdy nowy łańcuch służy jako wzorzec - matryca na której syntetyzowany jest nowy komplementarny łańcuch. Ostatecznie powstają 2 uzupełniające się cząsteczki o dwu niciowej strukturze identyczne z wyjściową dwułańcuchową cząsteczką. Replikacja zachodzi pod wpływem enzymu polimerazy DNA, jonów Mg oraz energii pochodzącej z ATP. Wyróżnia się 3 typy replikacji:
1. semikonserwatywna - półzachowawcza jest konsekwencją struktury podwójnej α helix. W wyniku tego mechanizmu powstają 2 nowe dwuniciowe DNA w każdej jeden łańcuch jest stary a drugi dobudowany na zasadzie komplentarności.
2. replikacja konserwatywna - w tym mechanizmie każda macierzysta DNA jest matrycą dla nowej bez rozplatania helisy. Wynik: 2 cząsteczki potomne, z których jedna jest nienaruszona a druga zbudowana z 2 nowych nici.
3. przypadkowa - według tego mechanizmu każda nić cząsteczki macierzystej ulega fragmentacji, zaś pozostałe fragmenty służące za matryce dla nowych nici są przemieszczane w cząsteczkach potomnych tak, że każda z nich zawiera stare i nowe fragmenty w obu niciach.
Kwas rybonukleinowy - występuje w jąderku i rybosomach wykazując strukturę I rzędową, czyli pojedynczą spiralę nukleotydów o określonej sekwencji w przestrzeni (analogia do struktury I rzędowej białek). Czasem może zachodzić parowanie zasad wtedy występuje struktura II rzędowa RNA tak jak w DNA.
Rodzaje RNA:
- mRNA - informacyjny = matrycowy RNA
- tRNA - transportujący RNA
- rRNA - rybosomalny RNA
Poszczególne RNA różnią się między sobą - sekwencją, ilością i jakością wchodzących w ich skład nukleotydów.
- mRNA - przenosi informację z DNA z jądra do cytoplazmy. Powstaje w wyniku transkrypcji. Podstawą tego procesu jest parowanie zasad. Sekwencja nukleotydów w syntetyzowanej nici RNA jest jednoznacznie określone przez sekwencję nukleotydów w nici DNA służącej jako matryca (wzorzec). Do transkrypcji niezbędna jest polimeraza RNA, która powoduje rozbicie DNA zna 2 pojedyncze łańcuchy. Jeden łańcuch DNA jest matrycą dla tworzącego się mRNA, czyli kolejność nukleotydów w DNA determinuje sekwencję nukleotydów w mRNA (w mRNA nie ma tyminy tylko jest uracyl). Drugim łańcuch helisy dobudowuje nukleotydy lub rozpada się na wolne nukleotydy niezbędne w replikacji. Pozostałe trójki nukleotydów w mRNA komplementarne do trójek w DNA (do kodu) i stanowią kodony.
- rRNA - wchodzi w skład rybosomów.
- tRNA - przenosi aminokwasy na miejsce syntezy białek. Wykazuje specyficzną strukturę liścia koniczyny w wyniku parowania zasad tzn. na jednym końcu posiada anykodon, a na przeciwległym miejscu przyczepu aktywnego aminokwasu biorącego udział w biosyntezie białek.
Podstawowa funkcją DNA jest przenoszenie informacji genetycznej i replikacja. Informacja zawarta w materiale genetycznym, czyli w genotypie organizmu jest przenoszona na fenotyp. Proces takiej aktywności genu nazywamy ekspresją informacji genetycznej, czyli jest to drogą od DNA do białka.
Sposób zapisania informacji genetycznej w języku nukleotydów DNA i przepisanie jej na język aminokwasów nazywa się kodem genetycznym.
Właściwości kodu:
- trójkowy - tripletowy - tzn. 3 kolejne nukleotydy w DNA określają 1 aminokwas wchodzący w skład przyszłego białka. W tym wypadku 43 = 64 czyli informacja jest o 64 aminokwasach a aminokwasów jest 20 stąd następny wniosek;
- zdegenerowany (wieloznaczny), czyli niejednoznaczny tzn. jeden i ten sam aminokwas może być kodowany przez różne trójki np. fenyloalanina przez UUU lub UUC. Z 64 trójek 3 są nonsensowne czyli nie kodują żadnego aminokwasu kodony UAG, UGA, UAA - trójki terminacyjne. Kodon inicjujący AUG rozpoczyna proces biosyntezy białek.
- niezachodzący - nukleotyd wchodzący w skład następnej trójki nie zachodzi na poprzedni
CAG AUG GAA
Kod zachodzący na siebie ograniczałby możliwości uszeregowania aminokwasów w łańcuchu białkowym.
- bezprzecinkowy tzn. nie ma znaków przestankowych pomiędzy kolejnymi trójkami;
- uniwersalny tzn. że dany kod określa ten sam aminokwas w układach syntetyzujących białko we wszystkich organizmach od wirusów do człowieka. Odstępstwa dotyczą DNA mitochondrialnego.
Biosynteza białek, czyli powstawanie białek, zachodzi w cytoplazmie na rybosomach - natomiast informacja genetyczna (kod) znajduje się w DNA w jądrze.
W biosyntezie biorą udział: rybosomy, mRNA, aminokwasy, tRNA, białka, energia z ATP (ATP = adenozynotrójfosforan), enzymy.
Etapy biosyntezy białek:
1. transkrypcja mRNA zachodzi w jądrze powstały mRNA przechodzi do cytoplazmy i przechodzi przez rybosomy tworzą się polisomy.
2. aktywacja aminokwasów - aminokwasy biorące udział w biosyntezie białek muszą być aktywne aktywacja zachodzi przy udziale ATP.
3. translacja polega na przepisaniu informacji z DNA na aminokwas (ten, który jest przyłączony do tRNA). Moment translacji zachodzi wtedy gdy do kodonu w mRNA "dopasuje" się odpowiedni antykodon w tRNA, np. kodon w mRNA CGC to odpowiadający mu antykodon w tRNA jest GCG.
"Dopasowanie" kodonu i antykodonu zachodzi na zasadzie "zamek" - (kodon) "klucz" (antykodon).
Po momencie translacji aminokwas zostaje odłączony od tRNA i łączą się z następnymi tworząc peptydy a następnie białko. Kwas tRNA znowu przyłącza aktywny aminokwas i proces dalej zachodzi aż do chwili, gdy pojawi się kodon stop (1 z trzech ).
DZIEDZICZENIE ROZWOJU
Dziedziczenie chromosomowe (jądrowe) to dziedziczenie uwarunkowane genami zlokalizowanymi w chromosomach organizmu.
Grzegorz Mendel (ojciec genetyki) prowadził swoje badania na grochu uprawnym (Pisum sativum). Doświadczenia polegały na krzyżowaniu ze sobą 2 czystych (czyli homologicznych) odmian grochu. Pod uwagę brano 1 cechę - barwę kwiatów.
P = rodzice
F1 - I pokolenie mieszańców
F2 - II pokolenie mieszańców

Jeżeli nowy fenotyp pojawił się w F1 mamy dziedziczenie typu zea.
Wnioski dla 2 przykładów:
Czynniki dziedziczne - geny - rozdzielają się w czasie tworzenia się gamet nazywamy prawem segregacji lub I prawem Mendla - czystości gamet tzn. gamety zawierają tylko 1 czynnik danej pary - tzn. gamety nigdy nie są mieszańcami. Mieszańcem jest zygota powstała z połączenia gamet o tym samym lub różnym składzie genetycznym.
Zadanie: Do krzyżówki użyto świnki czarne i brązowe gen na barwę czarną jest dominujący
B - gen barwy czarnej
b - gen barwy brązowej
Aby odróżnić, który z osobników jest homozygotą, a który heterozygotą wykonuje się krzyżówkę testową - polega na krzyżowaniu osobnika o fenotypie dominującym z osobnikiem o fenotypie recesywnym. Następnie krzyżujemy otrzymaną heterozygotę z F1 z homozygotą recesywną.
1/2 Bb 1/2 bb wszystkie osobniki są czarne
1 : 1
dominujące : recesywne
II prawo Mendla - prawo niezależnego dziedziczenia cech - krzyżowanie 2-genowe - prawo to oznacza, że geny każdej pary dziedziczą się niezależnie od innych par.
Krzyżowanie osobników różniących się 2 cechami a nie 1 nazywa się 2-genowym, może wystąpić również krzyżowanie 3, 4, 5 genowe w zależności od ilości cech, które się rozpatruje. Jeśli rozpatruje się 2 cechy to zgodnie z II prawem Mendla dziedziczą się niezależnie od siebie (obecnie wiadomo, że prawo to jest słuszne tylko w niektórych przypadkach).
Przykład 1: Dziedziczenie 2 cech koloru długości włosa u świnki
B - gen barwy czarnej
b - gen barwy brązowej
S - gen włosów krótkich
s - gen włosów długich
Rodzice : świnka o włosach czarnych krótkich BBSS homozygota dominująca pod względem tych 2 cech oraz świnka o włosach brązowych długich bbss czyli homozygota recesywna pod względem tych 2 cech.

Wynik: liczymy na szachownicy fenotypy:
osobników mających BS = 9 czarne krótkowłose
osobników mających bS = 3 brązowe krótkowłose
osobników mających Bs = 3 czarne długowłose
osobników mających bs = 1 brązowe długowłose
rozczepienie fenotypowe wynosi: 9 : 3 : 3 : 1
Determinacja płci to procesy prowadzące do różnicowania się rozwoju organizmów rozdzielnopłciowych w kierunku męskim (samce) i żeńskim (samice). Determinacja płci może być:
- fenotypowo (środowiskowo) - uwarunkowana czynnikami środowiska, od których zależy w jakim kierunku rozwinie się "bezpłciowy zarodek";
- genetyczna (chromosomowa) - uwarunkowana odpowiednimi genami leżącymi w chromosomach płci; ten typ determinacji płci jest powszechny wśród zwierząt wyższych i roślin rozdzielnopłciowych;
Chromosomy płci to chromosomy (zwykle dwa), którymi różni się kariotyp (zespół chromosomów) samicy i samca danego gatunku.
Płeć człowieka zdeterminowana:
- Płeć żeńska jest homogametyczna - ma dwa jednakowe morfologicznie chromosomy płci - XX, natomiast płeć męska jest heterogametyczna - XY - występuje jeden chromosom X i jeden chromosom Y.
- Wszystkie komórki jajowe zawierają więc jeden chromosom X, plemniki zaś mogą być dwojakiego rodzaju: 1/2 z chromosomem X i 1/2 z chromosomem Y. Jeśli komórka jajowa X połączy się z plemnikiem X, to powstanie zygota XX - a więc płeć żeńska, jeśli z plemnikiem Y, to powstanie zygota XY - a więc płeć męska.
W determinacji płci u człowieka decydującą rolę odgrywa chromosom Y. Zawiera on gen SRY (ang. sex-determining region of the Y chromosome). Białko produkowane dzięki temu genowi kontroluje prawdopodobnie ekspresję różnych genów, które związane są z rozwojem komórek zawiązków gonad w kierunku męskim oraz produkcją testosteronu.
Geny sprzężone z płcią są to geny zlokalizowane w niehomologicznych (nie mających odpowiednika w drugim chromosomie) odcinkach chromosomów płci i są przekazywane potomstwu przez chromosom X lub Y.
U człowieka geny zlokalizowane są w niehomologicznym odcinku chromosomu X, np. geny odpowiedzialne za hemofilię i daltonizm, są sprzężone z płcią żeńską (chorują głównie mężczyźni, gdyż chromosom X otrzymują tylko po matce). Jeśli matka jest przedstawicielką daltonizmu -Dd (allel D - normalne widzenie, allel d - daltonizm) i wytwarza gamety : 1/2 d i 1/2 D, a ojciec jest zdrowy DY i wytwarza gamety : 1/2 D i 1/2 Y, to są możliwe następujące genotypy potomstwa: DD, Dd, DY, dY, czyli tylko synowie o genotypie dY mogą być daltonistami.
Sposób dziedziczenia genów sprzężonych z płcią zleży od płci rodzica wnoszącego gen dominujący tej cechy.
Cechy związane z płcią to cechy uwarunkowane przez geny, które są zlokalizowane w autosomach (wszystkich chromosomach z wyjątkiem chromosomów płci), ale których fenotypowe ujawnienie się jest różne u płci żeńskiej i męskiej.
Na przykład łysienie u człowieka: allel Ł - normalne włosy, allel ł - łysienie; kobiety i mężczyźni o genotypach ŁŁ są normalnowłosi, o genotypach łł wykazują łysienie, natomiast kobiety Łł jest normalnowłosa, a mężczyzna o tym genotypie jest skłonny do łysienia.
Dziedziczenie jednogenowe to dziedziczenie, w którym jedna cecha uwarunkowana jest przez jeden gen (parę alleli genu).
Pełna dominacja występuje wówczas, gdy jeden z alleli ujawnia się fenotypowo już w stanie heterozygotycznym.
Kodominacja to typ dziedziczenia, w którym u osobnika heterozygotycznego ujawniają się fenotypowo oba allele dając tzw. mozaikowość cechy.
Na przykład w dziedziczeniu grup krwi AB u człowieka allel LA warunkuje wytwarzanie antygenu A w erytrocytach, allel LB - antygenu B. Heterozygota LA LB ma oba antygeny i fenotypowo pojawiają się osobnicy o grupie krwi: A, AB, B w stosunku 1 : 2 : 1.
Niepełna dominacja to typ dziedziczenia, w którym u osobnika heterozygotycznego ujawniają się oba allele dające cechę o wartości pośredniej.
Dziedziczenie wielogenowe to dziedziczenie, w którym jedna cecha uwarunkowana jest kilkoma genami nieallelicznymi.
Współdziałanie genów to typ dziedziczenia wielogenowego, w którym jedna cecha uwarunkowana jest kilkoma genami nieallelicznymi dziedziczącymi się niezależnie, ale ujawniającymi się fenotypowo w sposób zależny.
Epistazja to typ dziedziczenia wielogenowego, w którym jeden gen (allel dominujący lub recesywny) maskuje (tłumi) ujawnienie się fenotypowe innych genów nieallelicznych. gen tłumiący nosi nazwę genu epistatycznego.
Dziedziczenie kumulatywne to typ dziedziczenia wielogenowego ilościowego, w którym intensywność danej cechy zleży od liczby dominujących genów nieallelicznych, przy czym każdy gen dominujący "wnosi" taka samą wartość cechy.
Plejotropia to typ dziedziczenia, w którym jeden gen może wpływać na więcej niż jedną cechę fenotypową. Zjawisko plejotropii dotyczy także wielu chorób genetycznych człowieka.
ZMIENNOŚĆ ORGANIZMÓW
Zmienność organizmów to zjawisko występowania różnic między osobnikami należącymi do tej samej populacji (każdy osobnik jest odmienny genetycznie). Jest ona wynikiem zmian genotypu (zmienność genotypowa) oraz zmian fenotypu uwarunkowanych wpływem środowiska (zmienność środowiskowa).
I. Zmienność modyfikacyjna czyli środowiskowa (fluktuacyjna) wywołuje tylko zmiany fenotypowe (nigdy nie są dziedziczone w następnych pokoleniach) wywołane pod wpływem środowiska zewnętrznego, wiekiem, stadium rozwojowym, rodzajem pokarmu, itp..
II. Zmienność rekombinacyjna jest wynikiem segregacji chromosomów oraz crossing-over w czasie mejozy i losowego łączenia się gamet o różnych genotypach. Dzięki segregacji chromosomów i wymianie pomiędzy homologicznymi chromosomami w procesie crossing-over gamety różnią się materiałem genetycznym. Zmienność rekombinacyjna zależy od ilości chromosomów oraz częstości zachodzenia crossing-over. Praktycznie każda gameta będzie miała inny skład genetyczny i w potomstwie nie pojawią się osobniki o identycznym genotypie.
W procesie rekombinacji powstają tylko nowe kombinacje genów a nie nowe geny.
Pod względem fenotypowym w wyniku rekombinacji powstają osobniki o właściwościach nie występujących u rodziców, czyli rekombinacja jest przyczyną różnorodności form w przyrodzie dlatego ma znaczenie ewolucyjne. W wyniku rekombinacji zachodzi stałe przekazywanie i wytwarzanie różnych genotypów.
III. Zmienność mutacyjna = mutacje to zmiany dziedziczne powstające nagle, skokowo wskutek zmiany genu w nowy jego allel (mutacje genowe lub punktowe) lub zmiany struktury lub liczby chromosomów (aberracje chromosomowe i liczbowe). Mutacje mogą powstawać samoistnie lub pod wpływem mutagenów, są wiec wywoływane również przez człowieka (czyli indukowane). Mogą przejawiać się efektami fenotypowymi dużymi lub nieznacznymi.
W zależności od rodzaju komórek, w których zaszły zmiany mutacje dzielimy na:
- somatyczne, dotyczące komórek ciała – tak powstają komórki nowotworowe,
- genetyczne – zachodzą w komórkach rozrodczych (gametach) i są przekazywane potomstwu.
Typy mutacji:
I. Mutacje genowe (punktowe) - są to zmiany sekwencji nukleotydów danego genu rozpatrywane są na poziomie DNA (substytucje) dotyczą zmiany zasad w DNA
- tranzycja - zmiana jednej zasady purynowej na inną zasadę purynową lub pirymidowej na inną pirymidową
- transwersja - zmiana zasady purynowej na pirymidową i odwrotnie.
1. delecja (wypadnięcie) jednej lub kilku par nukleotydów:
2. insercja (wstawienie) jednej lub kilku par nukleotydów
- mutacje na poziomie zmian w składzie aminokwasów:
1. mutacje typu zmiany sensu - tzn. na skutek tranzycji lub transewrsji jeden kodon sensowny zostaje zamieniony na inny sensowny.
2. mutacje typu nonsens - na skutek tranzycji lub translokacji kodon sensowny zostaje zamieniony na 1 z 3 kodonów nonsensownych (terminacyjnych), czyli nie oznaczających żadnego aminokwasu a kończący proces translacji.
3. mutacje zmiany fazy odczytu - na skutek delecji lub insercji następuje niezgodność odczytu z pierwotną fazą odczytu. Efekty mutacji genowych mogą dać zmiany fenotypowe dotyczące całych narządów albo są prawie niewidoczne.
W wyniku mutacji punktowej powstaje nowy allel genu - mutacje genowe maja przeważnie charakter recesywny, mają charakter losowy w tym sensie, że nie można przewidzieć, który gen i w jaki allel zmutuje w danej komórce populacji, komórek czy organizmów.
Mutacje genowe zachodzą spontanicznie, czyli samorzutnie dotyczą komórek macierzystych albo płciowych. W przypadku komórek somatycznych mogą prowadzić do wytworzenia osobnika o strukturze genetycznej mozaikowej złożonego z komórek o różnym składzie genetycznym.
Przyczynami mutacji spontanicznych są błędy w replikacji DNA oraz błędy we funkcjonowaniu polimerazy DNA.
- mutacje chromosomowe dotyczą zmiany struktury - aberracje strukturalne oraz zmiany liczby chromosomów - mutacje liczbowe.
Aberracje chromosomowe:
deficiencja (czasem nazywany delecją) – ubytek lub wypadnięcie końcowego czy innego odcinka chromosomu wraz z zawartymi genami;
translokacja – polegają na wymianie odcinków między chromosomami niehomologicznymi albo nawet na złączeniu się ze sobą dwu chromosomów (fuzje);
duplikacja - podwojenie odcinka chromosomu wraz z zawartymi w nim genami;
inwersja - odwrócenie odcinka chromosomu o 1800 następuje wtedy gdy chromosom pęknie a po połączeniu się zmieni się kolejność genów w chromosomie;
Przyczyny mutacji strukturalnych:
 pękanie chromosomów na skutek zaburzeń mechanicznych w czasie mitozy i mejozy;
 czynniki metaboliczne np. deficyt jonów Ca i Mg;
 mutageny - np. promieniowanie nadfioletowe i jonizujące, wysoka temperatura, związki alkilujace np. pochodne iperytu.
Mutacje liczbowe (aberracje liczbowe)
Liczba chromosomów w komórkach somatycznych wynosi 2n - diploidalna jest to liczba stała charakterystyczna dla danego gatunku. W gametach liczba chromosomów jest 1n - haploidalna. Zmiany dotyczące liczby chromosomów to mutacje liczbowe.
1. aneuploidy 2n ±X mutacje te dotyczą pojedynczych par chromosomów przy czym pozostałe są normalne. Najczęściej występujące to 2n + 1 trisomik lub trisomia; lub 2n - 1 monosomik lub monosomia .
2. euploidy (euploidalność) polega na zwielokrotnieniu całego garnituru chromosomowego np. 3n - triploid, 4n - tetraploid, 5n, 6n euploidalność inaczej poliploidalność.
CHOROBY GENETYCZNE
Choroby człowieka uwarunkowane genetycznie
GENOPATIE to choroby uwarunkowane mutacjami pojedynczego genu lub wielu genów.
Fenyloketonuria - choroba metaboliczna uwarunkowana recesywną mutacją genu autosomalnego. Efektem mutacji jest brak enzymu przekształcającego fenyloalaninę w tyrozynę; przemiana fenyloalaniny przebiega więc bocznym torem, w wyniku czego powstaje kwas fenylopirogronowy → fenylooctowy → fenylomlekowy, a gromadzenie tych metabolitów prowadzi do uszkodzenia układu nerwowego i w konsekwencji do niedorozwoju umysłowego. Wczesne wykrycie tej anomalii pozwala na szybkie zastosowanie odpowiedniej diety, dzięki której nie dochodzi do rozwoju choroby.
Kretynizm tarczycowy - choroba metaboliczna wywołana recesywną mutacją autosomalną, której efektem jest brak enzymu przekształcającego tyrozynę w hormon tyroksynę; fenotypowym skutkiem jest silny stopień upośledzenia umysłowego.
Albinizm - defekt metaboliczny wywołany recesywną mutacją autosomalną, której efektem jest brak syntezy melaniny a tym samym brak pigmentu w skórze, tęczówce oka i włosach.
Galaktozemia - defekt metaboliczny uwarunkowany recesywną mutacja autosomalną, której skutkiem jest brak enzymów przekształcającego galaktozo-1-fosoran w UDP-galaktozę; skutkiem fenotypowym są zmiany w wielu narządach np. powiększenie wątroby, śledziony i zmiany w układzie nerwowym.
Choroba Tay-Sachsa - defekt metaboliczny wywołany przez zmutowany recesywny gen; objawem choroby jest nadmierne odkładanie się lipidów w układzie nerwowym, co prowadzi do śmierci organizmu.
Hemoglobinopatie - anomalie wywołane przez recesywne lub nie w pełni dominujące mutacje, których skutkiem jest powstanie nieprawidłowych cząsteczek hemoglobiny, np. hemoglobina S.
Hipercholesterolemie - defekty metaboliczne, których objawem jest znacznie podwyższony poziom cholesterolu (LDL) i rodzinnie występowanie miażdżycy naczyń wieńcowych.
Hemofilia - choroba uwarunkowana mutacją genu sprzężonego z chromosomem X, którego efektem jest brak krzepliwości krwi.
Daltonizm - choroba wywołana mutacja genu sprzężonego z chromosomem X, którego skutkiem jest brak rozróżniania barwy czerwonej i zielonej lub brak rozróżniania barw w ogóle.
Dystrofia mięśniowa - choroba wywołana recesywną mutacją genu sprzężonego z chromosomem X, skutkiem tej mutacji jest postępujący zanik mięśni.
Niedobory immunologiczne (immunoglobinopatie) - defekty polegające na upośledzeniu obronności organizmu wywołane przez dominujące autosomalne lub sprzężone z płcią mutacje.
Pląsawica Huntihgtona - choroba uwarunkowana autosomalną dominującą mutacją, objawami choroby są zaburzenia neurologiczne pojawiające się w wieku średnim (jest choroba mózgu i przejawia się zaburzeniami ruchowymi – objawy chorobowe pojawiają się około 35-40 roku życia. Allel dominujący odpowiedzialny za tę chorobę utrzymuje się w populacji tzn. że choroba jednego tylko z rodziców oznacza, że dzieci mają 50 % szans na odziedziczenie tej choroby) prowadzące do szybkiego zgonu.
Mukowiscydoza - choroba uwarunkowana mutacja autosomalną, recesywną, skutkiem tej mutacji jest utrata funkcji białka błonowego, które jest błonowym kanałem jonów chlorków mających szczególne znaczenie w regulacji osmotycznej nabłonków wydzielniczych. Chorzy cierpią na zaburzenia w funkcjonowaniu układu oddechowego, pokarmowego, skóry.
Choroba Wilsona – zwyrodnienie wątroby wskutek zaburzeń i przemianie miedzi, odkłada się ona w narządach wewnętrznych i mózgu. Wyłączenie miedzi z diety prowadzi do zahamowania tej choroby – i jest podstawą w leczeniu i zapobieganiu chorobie.
II. Mutacje chromosomów u człowieka i ich fenotypowe skutki
Mutacje chromosomowe związane ze zmianami struktury lub liczby chromosomów dotyczą zwykle jednocześnie wielu genów i ich skutkiem są liczne objawy chorobowe, dlatego też mówi się nie o chorobach a o zespołach chorobowych. Rozróżnia się m. in. następujące mutacje chromosomów:
Zespół Downa - przyczyną jest trisomai 21. chromosomu, a efektem fenotypowym jest niedorozwój fizyczny i umysłowy.
Zespół Patauna - przyczyną jest trisomia 13. chromosomu, a jej efektem jest niedorozwój umysłowy i poważne wady w rozwoju fizycznym prowadzące do śmierci w wieku niemowlęcym (wady oczu, deformacja uszu, rozszczep warg, polidaktylia, wady narządów, np. serca. Głębokie wady powodują bardzo wczesną śmierć noworodka lub obumieranie płodu).
Zespół Edwardsa - uwarunkowany jest trisomią 18. chromosomu i objawia się niedorozwojem umysłowym i licznymi wadami w rozwoju fizycznym (częściej występuje u noworodków płci żeńskiej).
Zespół Klinefeltera - przyczyną jest trisomia chromosomów płciowych 2nXXY; objawami chorobowymi są: niepłodność - niedorozwój gonad (jąder) i często niedorozwój umysłowy (obniżona inteligencja). Mężczyźni XYY. czyli posiadający dodatkowy chromosom Y (2n + XYY) – odznaczają się wysokim wzrostem ponad 180 cm, są agresywni (przypuszcza się, że agresja jest wywołana dodatkowym chromosomem Y) około 0,1 % populacji męskiej posiada dodatkowy chromosom Y.
Zespół XXX - uwarunkowany jest triosmią chromosomu X (metakobieta), objawem fenotypowym są nadmiernie rozwinięte trzeciorzędowe cechy płciowe przy jednoczesnym niedorozwoju czynnościowym gonad. Kobiety 2n + XXX – zaburzenie miesiączkowania, lub wtórny brak miesiączki, wczesna menopauza, niski stopień inteligencji.
Zespół Turnera - anomalia uwarunkowana monosomią chromosomów płci 2nXO; objawem chorobowym jest niedorozwój gonad i upośledzenie umysłowe. Cechy charakterystyczne: niski wzrost, infantylizm narządów płciowych, wady somatyczne – bezpłodność.
Monosomie różnych chromosomów - letalne, powodują śmierć organizmów w stadium płodowym lub tuż po urodzeniu.
Zespół kociego krzyku (Cri du chat – miauczenie kota) - choroba uwarunkowana jest delecją krótkich ramion 5. pary chromosomów, której efektem jest niedorozwój umysłowy, małomózgowie, i liczne wady rozwojowe prowadzące do śmierci w pierwszych miesiącach życia (niskie osadzenie uszu, rozszczep podniebienia).
Białaczka szpikowa - choroba spowodowana translokacją ramion długich chromosomu 22. pary (powstanie chromosomu akrocentrycznego Ph'-Philadelphia) na ramię chromosomu np. 9. pary.
Retinoblastoma - choroba uwarunkowana delecją części ramion długich chromosomów 13. pary lub autosomalną mutacją genową dominującą, której efektem jest nowotwór oka.
II. Choroby nowotworowe
Nowotwory to populacje zmienionych komórek somatycznych, które charakteryzuje: niekontrolowane i nadmierne namnażanie się, brak funkcjonalnej specjalizacji, zdolność do penetracji i niszczenia sąsiednich komórek, zdolność do przemieszczania się poprzez układy transportowe (krew, układ limfatyczny) do tkanek i narządów odległych od pierwotnego ogniska, nieodwracalność zmian.