Obsah
Vyhledávání

7

Základy obecné genetiky

7.1 Základní genetické pojmy

Genetika
Biologická věda, zabývající se dědičností a proměnlivostí organizmů.


Dědičnost (heredita)
Schopnost organismu předávat vlohy (geny) z generace na generaci a zachovávat tak stálost, němennost rodů.


Proměnlivost (variabilita)
Tendence organizmů se v jednotlivostech měnit, nebýt úplně stejní (dokonce I jednovaječná dvojčata jsou v drobnostech odlišná).


Bílkovina
Základní organická látka, jejíž hlavní funkcí je výstavba buněčných struktur. Tvorba při proteosyntéze.


Aminokyselina
Základní stavební jednotka bílkoviny.


DNA
Deoxyribonukleová kyselina. Hlavní přenašeč genetické informace. Je zde tedy zakódována genetická informace.


RNA
Ribonukleová kyselina. Pomocná při přenášení genetické informace. Důležitá při procesech transkripce, translace a proteosyntéza.


Nukleotid
Základní jednotka nukleové kyseliny.


Triplet
Trojice nukleotidů v mRNA, která určuje charakter aminokyselin v polynukleotidovém řetězci.


Chromozóm
Terciární struktura DNA (u eukaryot).


Gen
Pořadí nukleotidů v primární struktuře DNA.


Znak
Určitá vlastnost organismu, kterou způsobují geny.


Genotyp
Soubor všech genů (alel) organismu.


Fenotyp
Soubor všech znaků organismu (morfologických, funkčních, psychických, kvalitativních i kvantitativních).


Alela
Konkrétní forma genu.


Dominance
Převládnutí 1 znaku organismu nad druhým.


Recesivita
Fenotypové potlačení účinků jedné alely.


Homozygot
Jedinec, jehož genotyp je ve sledovaném znaku tvořen jediným typem alel.


Heterozygot
Jedinec, jehož genotyp je ve sledovaném znaku tvořen odlišnými alelami (na homologních chromozomech).


Mutace
Změny genů – genetických informací, které jsou dědičné.


Autozómy
Chromozom který nepatří mezi pohlavní chromozomy. U člověka je v klasické tělní buňce 22 párů – oba z páru se nazývají homologní.


Heterozómy
Pohlavní chromozomy. Nejsou párové.


Opakování: Ontogeneze a genetické termíny

Ontogeneze je zahájena oplozením vajíčka a ukončena porodem jedince
Vnější oplození se vyskytuje u savců
Stádium moruly vzniká opakovaným rýhováním vajíčka, za vzniku kulovitého mnohobuněčného útvaru
Kostra a svaly jsou tvořeny středním zárodečným listem ( mezodermem)
Autozóm je chromozóm v somatické buňce a vyskytuje se v páru
Alela je forma znaku
Nukleotid je základní jednotka nukleové kyseliny
Trojice nukleotidů v m RNA, která určuje charakter aminokyselin v polynukleotidovém řetězci se nazývá
Soubor genů se nazývá
Tendence organizmů se v jednotlivostech se měnit, nebýt úplně stejní se nazývá
Změna genetické informace, která se dědí se nazývá

7.2 Založení genetiky

Zakladatelem genetiky je Johann Gregor Mendel (1822-1884) Česky též Řehoř Jan Mendel, narozený 20. července 1822 Hynčice a zemřel 6. ledna 1884 v Brně. Byl přírodovědec, zakladatel genetiky a objevitel základních zákonů dědičnosti. Působil jako mnich a později opat augustiniánského kláštera na Starém Brně.

V letech 1856–1863 se věnoval křížení hrachu a sledování potomstva. Na základě svých pokusů formuloval tři pravidla, která později vešla ve známost jako Mendelovy zákony dědičnosti. které jsou ovlivněny jediným genem a u kterých je dědičnost nejjednodušší.

Své pokusy na rostlinách Gregor Mendel přednesl v roce 1865 na setkání Brněnského přírodovědeckého spolku a následně publikoval v práci „Pokusy s rostlinnými hybridy“ (1866).

V roce 1869 se mu dostalo jediné pocty za svého života v odborných přírodovědných kruzích: byl zvolen viceprezidentem Přírodovědeckého spolku v Brně. Mendelův přínos pro biologii byl rozpoznán až po jeho smrti, začátkem 20. století Hugo de Vriesem, Carlem Corrensem a Erichem von Tschermakem a především Williamem Batesonem, který nechal přeložit Mendelovu práci do angličtiny. Nešlo jen o to, že položil základy oboru genetiky a definoval principy nyní známé jako Mendelovy zákony dědičnosti, ale jako jeden z prvních použil ve své práci biostatistické metody.


Obrázek 54: Johann Gregor Mendel

7.3 Mendelovy zákony

Mendlovy zákony vysvětlují zákonitosti existující při přenášení dědičných vlastností. Platí pro všechny živočichy (i člověka), kteří se pohlavně rozmnožují.

  1. 1. Mendelův zákon říká, že při křížení mezi rodiči první generace-první křížení (P 1) generace parentální, kteří se liší jedním znakem, bude mít celé potomstvo-první potomci (F1) vzhled jednoho z rodičů. V této generaci se dědí všemi potomky znak označovaný jako dominantní.

    Kříženci-hybridy jsou FENOTYPOVĚ stejní (zákon o uniformitě hybridů), nejsou ale shodní GENOTYPOVĚ.


  2. 2. Mendelův zákon říká, že pokračujeme-li v křížení generace F1 (heterozygoty) zjistíme, že recesivní znak se v této nové generaci - F2, znovu projeví (není úplně potlačen jako v první generaci). Recesivní znak se projeví v matematickém vyjádření 1 : 3 (25% jedinců F2 má znak recesivní, 75% jedinců znak dominantní)


  3. 3. Mendelův zákon dále říká, že křížíme-li dále vícenásobné heterozygotní hybridy (polyhybridy) F 3, vznikne mezi alelami sledovaných genů tolik kombinací, kolik je teoreticky možných matematických kombinací.

UVĚDOM SI A ZOPAKUJ !

Základní látkou umožňující dědičnost je DNA (u virů v-RNA), tato látka je nositelkou genetické informace. DNA je vysokomolekulární látka, jejím základním stavebním kamenem je nukleotid.


7.4 Gen – definice a přenos genu

GEN je jednotka odpovědná za vznik dědičné vlastnosti.
GEN je informace (zápis) o tom jak má vypadat ZNAK (projev genu-např. barva očí)
GEN je tedy krátký úsek DNA s dědičně určeným pořadím nukleotidů (několik tisíc nukleotidů v 1 genu).

Pořadí nukleotidů je individuální, každý organizmus má jiné geny-jiné znaky, i když jsou často velice podobné, nikdy ne úplně stejné.


Přenos genu z buňky na buňku:

Přenos je zajištěn zdvojováním-replikací DNA.

Nejprve dojde k zrušení vodíkových můstků mezi bázemi, vlákna DNA se osamostatní, každý z dvojice řetězce se stává vzorem-matricí pro vytvoření chybějícího vlákna.

Připojují se chybějící báze, cukr deoxyribóza a fosfát a vznikají tak ke dvou původním vláknům dvě nová-dceřiná vlákna, vytvoří se tak nová dvou-řetězcová molekuly DNA.


Každá buňka obsahuje kompletní genovou výbavu, (každá buňka jedince má stejné chromozomy-stejné geny).
Tato genová výbava je předávána dceřinným buňkám při nepřímém dělení - mitóze
Nově vytvořené buňky - dceřinné - mají stejné geny jako buňky původní - mateřské.


Tento proces zaručuje neměnnost genetických informací - předávání genetického kódu z buňky na buňku (regenerace, zmnožování buněk).


7.5 Chromozóm a genetika eukaryotické buňky

V eukaryotické buňce je genetický materiál soustředěn do buněčného jádra.
Genetickým materiálem rozumíme makromolekuly DNA, jejichž krátké úseky označujeme jako geny.

DNA je zorganizována do útvarů umístěných v buněčném jádře - CHROMOZÓMŮ
Počet a tvar chromozómů jsou pro každý druh organizmů charakteristické.
Počet chromozómů konkrétní buňky se nazývá karyotyp


Chromozóm je tyčkovitý útvar tvořený stočeným vláknem DNA (terciární struktura DNA). Počet a tvar chromozómů jsou pro každý živočišný druh stejné a stálé.


V jádře tělní (somatické) buňky člověka:
Je 23 párů chromozómů. tento počet označujeme jako dvojitá sada-diploidní počet.
Jsou uspořádány ve dvojicích (párech), jsou vždy stejné, mají stejný tvar, velikost a obsahují geny pro stejné vlastnosti. Tyto chromozómy označujeme jako homologické chromozómy (stejné).


V jádře zralých pohlavních buněk člověka:
Je 23 chromozomů - pouze poloviční počet chromozómů - vždy jeden z páru. Tento počet chromozómů označujme jako jednoduchá sada- haploidní počet


Krátké úseky na DNA (chromozomu) jsou geny.
Geny jsou chemickým zápisem naší vlastnosti.
Každá vlastnost je určena dvěma formami genu -1 gen od matky +1 gen od otce-alely.
Tyto geny nemusí být stejné (většinou nejsou) alely jsou tedy rozdílné.
Geny jsou v chromozómech uloženy za sebou.
Každý gen má na chromozomu své místo - lokus.
Umístění genu na chromozomu udávají chromozómové mapy.


Proces dělení buněk zajišťující přenos neměnných genetických informací - mitóza


Obrázek 55: Chromozom



Obrázek 57: Počty chromozomů u různých organismů

7.6 Dědičnost mnohobuněčného organismu

Jedinec vzniklý nepohlavním rozmnožováním, je z genetického hlediska přímým pokračovatelem rodičovského organizmu - je úplně stejný - genotypově i fenotypově.


Jedinec vzniklý pohlavním rozmnožováním není z genetického hledisla pokračovatelem ani jednoho rodičovského org - odlišuje se genotypově i fenotypově. Při pohlavním rozmnožování se spojují haploidní sady chromozómů obou rodičů (gamet). Genotyp potomka je složen z alel rodičů ale v různé kombinaci.

Pohlavní rozmnožování je vývojově vyšší než nepohlavní. Zajišťuje různorodost a proměnlivost jedinců daného druhu.


7.7 Znaky organismu

Znak organizmu je jeho projev genů na venek.
Soubor všech znaků se označuje jako fenotyp


ZNAK = GEN + PROSTŘEDÍ


Druhy znaků:

Znaky morfologické: tvar, velikost těla, orgánů, jak co vypadá

Znaky funkční: funkce organizmu, jednotlivých orgánů

Znaky psychické: temperament, nadání, inteligence

Znaky kvalitativní: barva, krevní skupiny atd.

Znaky kvantitativní: můžeme měřit - velikost plodů, hmotnost atd.


7.8 Genetika krevních skupin

Krevní skupiny se dědí formou tzv. monogenního znaku = to je kvalitativní znak organizmu, který je obvykle podmiňován jedním genem , a to genem velkého účinku


Krevní skupiny se vyskytují ve 4 základních skupinách, obsahují (nebo neobsahují) protilátky - aglutinogeny A, B.


7.8.1 Určování krevních skupin

Na membránách erytrocytů se vyskytují různé antigeny bílkovinné povahy zvané aglutinogeny (příslušné reakce s těmito antigeny způsobují shlukování - aglutinaci - krve).


Nejvýznamnější jsou právě aglutinogen A a aglutinogen B. Podle toho, které z těchto aglutinogenů jsou přítomny, se určuje krevní skupina:

Skupina A - Tvoří se pouze aglutinogen A.

Skupina B - Tvoří se pouze aglutinogen B.

Skupina AB - Tvoří se oba aglutinogeny.

Skupina 0 - Netvoří se žádný aglutinogen.*

* Lépe řečeno - netvoří se aglutinogen (antigen) A nebo B. Nalézt zde však můžeme tzv antigen H, což je vlastně prekurzor pro antigen A i B. V některých textech je proto skupina 0 nazývána skupinou H.


V krevní plazmě jsou naopak obsaženy bílkovinné protilátky zvané aglutininy (anti-A, anti-B). O tom, které typy protilátek jsou v krvi obsaženy, opět rozhoduje krevní skupina člověka.

Skupina A - Tvoří se pouze aglutinin anti-B.

Skupina B - Tvoří se pouze aglutinin anti-A.

Skupina AB - Netvoří se žádný aglutinin.

Skupina 0 - Tvoří se oba aglutininy (tj. anti-A i anti-B).


Pokud při transfúzi dostane pacient s krevní skupinou A sérum od dárce s krevní skupinou B, začnou pacientovy anti-B protilátky shlukovat krev a pacient pravděpodobně zemře. Vzhledem k několika dalším faktorům, neplatí ani známá poučka o krevní skupině 0 jako o univerzálním dárci, či o krevní skupině AB jako o univerzálním příjemci (pokud se jedná o transfúzi plné krve). Při transfúzi se tedy může použít jen krev stejné skupiny, navíc je nutné udělat ještě poslední křížovou zkoušku kompatibility séra a pacientovy krve.


7.8.2 Dědičnost krevních skupin

Dědičnost je velmi jednoduchá. Uplatňují se různé alely jednoho genu (AB0 gen; 9q34). Alely podmiňující tvorbu aglutinogenu (buď A nebo B) jsou dominantní vůči alele, která nepodmiňuje tvorbu žádného aglutinogenu. Mezi sebou jsou kodominantní. Jak to tedy funguje?

Fenotyp - krevní skupina A - Genotyp AA nebo A0

Fenotyp - krevní skupina B - Genotyp BB nebo B0

Fenotyp - krevní skupina AB - Genotyp AB

Fenotyp - krevní skupina 0 - Genotyp 00


V některých případech tedy můžeme vyloučit rodičovství na základě znalosti krevních skupin rodičů a dítěte. V praxi známe ovšem pouze fenotyp, nikoli genotyp jedince - tudíž musíme uvažovat všechny možné genotypy, určující daný fenotyp. Máme následující možnosti:


Rodiče A X A - Dítě - A nebo 0

Rodiče A X B - Dítě - A, B, AB nebo 0

Rodiče B X B - Dítě - B nebo 0

Rodiče A X 0 - Dítě - A nebo 0

Rodiče B X 0 - Dítě - B nebo 0

Rodiče AB X AB - Dítě - A, B nebo AB

Rodiče AB X A - Dítě - A, B nebo AB

Rodiče AB X B - Dítě - A, B nebo AB

Rodiče AB X 0 - Dítě - A nebo B

Rodiče 0 X 0 - Dítě - pouze 0


Rh faktor

Protilátky proti Rh pozitivní skupině (anti-D protilátky) se u Rh negativného jedince nevyskytují přirozeně (narozdíl od AB0 systému), ale objeví se až v případě imunizace jedince Rh pozitivní krví . V ČR jsou přibližně čtyři pětiny obyvatelstva Rh pozitivní. Na dědičnosti Rh systému se podílí dva geny: RHD (1p36.2-p34), který určuje přítomnost / nepřítomnost antigenu D, a RHCE (1p36.2-p34), který určuje antigeny C/c a E/e. Jak již bylo řečeno, pro Rh+ fenotyp je rozhodující přítomnost antigenu D.

Můžeme tedy zjednodušeně říci, že Rh+ se dědí dominantně a osoby Rh negativní jsou recesivní homozygoti.

Rodiče Rh+ X Rh+ = Dítě Rh+ nebo Rh-

Rodiče Rh+ X Rh- = Dítě Rh+ nebo Rh-

Rodiče Rh- X Rh- = Dítě pouze Rh


7.9 Chromozomové určení pohlaví

platí pro jedince s odděleným pohlavím (GONOCHORISTY)

  • sada chromozómů obsahuje
    1. AUTOZÓMY (tělové , somatické chromozómy)
    2. HETEROCHROMOZÓMY (pohlavní chromozóm, gonozóm)

  • U člověka má 1 sada = 22 autozómů (dokonale shodné u obou pohlaví) + 1 heterochromozóm, gonozom (dokonale párový pouze u jednoho pohlaví, u druhého pohlaví jej do „páru“ doplňuje chromozom jiný )


Heterochromozómy, gonozomy

  • 2 typy : X a Y
  • chromozom Y je malý – nese tedy méně genových lokusů , někdy i úplně chybí
  • XX – kombinace značící ženské pohlaví
  • XY - kombinace značící mužské pohlaví
  • YY – nemůže vzniknout
  • HOMOGAMETICKÉ POHLAVÍ – se dvěma gonozomy X , X
  • HETEROGAMETICKÉ POHLAVÍ – s gonozomy X a Y – gamet obou typů vzniká vždy stejný počet, tedy jedinec tvoří dvojí gamety v poměru 1:1 (50% gamet s chromozomem X a 50% gamet s chromozomem Y)
  • každá somatická buňka je určitého , chromozomově určeného pohlaví – což zajišťuje, že každý rodičovský pár gonochoristů vytváří, v průměru , polovinu synů a polovinu dcer
  • poměr pohlaví 1:1 je pro populaci nejvýhodnější z hlediska udržování jeho genotypové variability a ta určuje míru evolučních možností

7.9.1 Typy chromozomového určení pohlaví

  1. Typ savčí: (typ Drosophila)
    • homogametické je pohlaví samičí (ženské) - za pohlaví odpovídá samec
    • tvoří vajíčka jen jednoho typu – pouze s heterochromozomem X
      tvoří spermie dvojího typu – s heterochrom. X a Y (v poměru 1:1)
    • při oplození je zajištěn poměr pohlaví 1:1 , tedy vznik buď XX nebo XY
    • u většiny hmyzu, některých ryb a plazů, savci, dvoudomé rostliny, člověk

  2. Typ ptačí: (typ Abraxas – píďalka)
    • homogametické je pohlaví samčí – za pohlaví odpovídá samice
    • tvoří spermie jen s X heterochromozomem
      vajíčka jsou buď s X nebo Y
    • při oplození tedy o pohlaví rozhoduje vajíčko
    • motýli, některé ryby, obojživelníci a plazi, ptáci , ojediněle u rostlin

7.10 Mutace

Mutace jsou změny genů - genetické informace u jedinců (mění se genotyp - kvalita nebo kvantita genů). Tyto změny zůstávají dále dědičné.

Příčiny mutací:

  1. samovolné (spontánní) - vznikají nahodile, neznámé příčiny, výskyt nízký
  2. umělé - vyvolané mutagenními činiteli
    1. fyzikální vlivy RTG záření, ionizující záření, teplota
    2. chemické vlivy - léky, chemické látky
    3. biologické vlivy - viry, baktérie

7.10.1 Typy mutací

Genové mutace:

  • změna struktury jediného genu (jediné alely), mění se struktura DNA , ale nenarušuje celistvost stavby chromozomu
  • záměna páru nukleotidů za jiný
  • ztráta nukleotidového páru
  • výskyt nadbytečného páru nukleotidů
  • výskyt nefunkčního nukleotidu

Chromozomové mutace (aberace):

  • změna struktury chromozomů, dochází ke změně pořadí genů nebo jejich počtu v chromozomu
  • delece – ztráta vnitřní části chromozomu
  • deficience – ztráta koncových částí chromozomu
  • inverze – převrácení části chromozomu o 180 stupňů
  • translokace – připojení části jednoho chromozomu k jinému chromozomu
  • duplikace – zdvojení částí chromozomu
  • fragmentace – rozpad chromozomu na více částí

Na rozdíl od genových mutací mohou být chromozomové mutace překážkou normálního průběhu meiozy a gamety jimi postižené jsou sterilní nebo vytvářejí životaneschopné zygoty (u člověka až 6 procent).


Genomové mutace:

  • změna počtu chromozomů nebo celých chromozomových sad
  • aneuploidie – chybění nebo nadbytek některých chromozomů (monosomie = chybění 1 chromozomu, trizonie = přítomnost trojice homologických chromozomů)
  • poruchy plodnosti, poruchy meiozy, poruchy ve zdraví nositele
  • polyploidie - dochází ke znásobení jednoduché sady chromozomů (triploidie 3n, tetraproidie 4n) - častá u rostlin

Příklady často se vyskytujících genomových mutací u člověka:

Downův Syndrom

Přespočetný chromozóm na 21. páru (47, XXX, XXY)

Výskyt: u 1 novorozence na 700-800 živě narozených.

Příčiny: věk matky většinou nad 35 let, dědičné zatížení, neznámé. Těhotenství probíhá bez komplikací, děti jsou donošené s normální porodní váhou (výzkum: 17 žen s Downovým sy. - 10 narozených dětí, 7 má trizonii, 3 normální karyotyp)

Příznaky: zavalitá postava, nízký vzrůst 144-155 cm, IQ 25-50-vysoká variabilita Obličej - šikmé oči s kožní řasou, menší lebka, kožní řasa na zátylku, krátký krk, široký kořen nosu, malá ústa, větší jazyk, malé nízko posazené uši.
Na ruce - krátké prsty, opičí rýha
Děti mívají srdeční vady.

Léčba: 0

Prevence: genetické vyšetření plodové vody-cytogenetika


Obrázek 57: Downův syndrom

Turnerův syndrom

Chybějící X chromozom (45, X0)

Výskyt:u 1 novorozence na 2000 živě narozených ženského pohlaví (velké množství potracených plodů - 30 %)

Příznaky: menší tělesný vzrůst, zvrásněná kůže na krku, zpomalený pohlavní vývoj - chybí menstruační a ovulační cyklus, ženy jsou sterilní, IQ nepoškozeno.

Léčba: růstový hormon, ženské pohlavní hormony (estrogeny)

Prevence: genetické vyšetření - cytogenetika


Klinefelterův syndrom

Přespočetný chromozom na 23. chromozomu (47, XXY)

Výskyt:u 1 novorozence na 500 novorozenců

Příznaky: projevy až v pubertě, zvýraznění ženských pohlavních znaků, eunochiodní vzrůst - zvýrazněné ženské pohlavní znaky, degenerovaná varlata, sterilita, často snížené IQ

Léčba: mužské pohlavní hormony (testosteron)

Prevence: cytogenetické vyšetření


Edwardsůw syndrom

Přespočetný chromozom na 18. páru (47)
Těhotenství bývá komplikované, plod často odumírá, nízká porodní hmotnost.

Příznaky: těžký malformační syndrom, prognóza je špatná, častá úmrtí v novorozeneckém věku, přežívá pouze 12 %.


Patauův syndrom

Přespočetný chromozom na 13. páru (47)

Těžký malformační syndrom. Těhotenství končívá samovolným potratem, předčasným porodem, víc než 90% umírá do 1 roku



7.11 Klonování

Charakteristika:

  • jeden ze základních postupů genového inženýrství
  • stěžejní metoda molekulární biologie
  • umožňuje z komplexního genomu izolovat jednotlivé dílčí úseky (např. jednotlivé geny)


Využití:

  • izolace genů, studium jejich struktur a funkce
  • studium regulačních oblastí, které řídí expresi genů
  • fyzikální a genetická analýza genomů
  • cílem je příprava látek využitelná v průmyslu (enzymy), zdravotnictví a farmacii (hormony, ktevní factory, vakcíny)


Klonování DNA zahrnuje 3 základní kroky:

  1. přípravu rekombinační molekuly DNA
  2. přenos této molekuly do vhodné hostitelské buňky a její pomnožení
  3. selekce klonů buněk obsahujících požadované molekuly rekombinantní DNA


Popis:

Klon DNA je soubor identických molekul úseků DNA, které mohou být připraveny např. Množením rekombinačních molekul DNA v hostitelské buňce nebo tzv. Polymerázovou řetězovou reakcí (PCR).