Seminarium 1 część 1 Konspekt do zajęć z przedmiotu Genetyka dla kierunku Położnictwo dr Anna Skorczyk-Werner Katedra i Zakład Genetyki Medycznej Genom człowieka Genomem nazywamy całkowitą ilość DNA jaka znajduje się w każdej komórce. Genom człowieka składa się z 46 cząsteczek DNA, które występują w jądrze komórkowym oraz z cząsteczek DNA występujących w mitochondrium w zmiennej ilości. Genom człowieka zbudowany jest z genów (sekwencji kodujących) i odcinków nie będących genami (sekwencje niekodujące) Genom człowieka zawiera około 21 000 genów (odcinki kodujące stanowią ok. 3% genomu) Geny stanowią tylko część genomu (część DNA), a poszczególne geny są najczęściej rozproszone, poprzedzielane odcinkami niekodującymi. Genom jądrowy Zbudowany z ponad 3 miliardów nukleotydów Cząsteczki DNA w genomie jądrowym są liniowe, dwuniciowe W komórce haploidalnej (gamety) występują 23 cząsteczki DNA W komórce diploidalnej występuje 46 cząsteczek DNA (46 chromosomów) Podczas podziałów komórkowych cząsteczki DNA ulegają kondensacji do struktury zwanej chromosomem Wielkość poszczególnych chromosomów jest różna od 55 Mpz do 250 Mpz Chromosomy pary pierwszej są największe, natomiast najmniejsze są chromosomy pary 21 Chromosomy dzielimy na chromosomy autosomalne (22 pary) i heterosomy, czyli chromosomy płci (X i Y) Genom mitochondrialny Zbudowany z 16 569 nukleotydów Koliste cząsteczki DNA występujące w mitochondrium w wielu kopiach (4-10) Obecny we wszystkich mitochondriach Geny w genomie mitochondrialnym nie zawierają intronów Każda kolista cząsteczka DNA mitochondrialnego (mtdna) zawiera: - 13 genów kodujących białka związane z fosforylacją oksydacyjną 1
- 22 geny kodujące trna - 2 geny kodujące rrna Projekt poznania genomu człowieka Cele programu: Zlokalizowanie wszystkich genów w genomie człowieka Skonstruowanie map fizycznych i genetycznych całego genomu człowieka Wypracowanie metod przechowywania i udostępniania uzyskanych danych Udoskonalenie metod sekwencjonowania Uzyskanie wiedzy na temat skutków społecznych, ideologicznych i etycznych nowych technologii genetycznych 15 luty 2001 odczytanie genomu człowieka 2003 podsumowanie działalności programu, ogłoszenie kompletnej sekwencji genomu Sierpień 2012 projekt ENCODE 80% DNA jest biologicznie aktywne Geny Geny zbudowane są z odcinków niekodujących (intronów) oraz kodujących (eksonów). Średnia wielkość genu człowieka wynosi ok.5-12 kpz (5000 12000 nukleotydów) Geny zlokalizowane są wzdłuż wszystkich 24 chromosomów w sposób rozproszony Najbogatszy w geny jest chromosom pary 1, a najuboższy w geny chromosom Y Kod genetyczny Kod genetyczny - informacja o produkcie białkowym zawarta w ułożeniu kolejnych nukleotydów w DNA. Kod genetyczny jest trójkowy tzn. że trzy kolejno po sobie występujące nukleotydy tzw. kodon (triplet, trójka nukleotydowa) są informacją o jednym aminokwasie, który ma występować w określonym białku. Cechy jednogenowe Gen to sekwencja DNA, która koduje określoną cechę (np. odpowiedzialna jest za kolor oczu). Allel to jedna z wersji danego genu (np. kolor niebieski lub ciemny oczu) W populacji możemy mieć wiele różnych alleli (odmian jednego genu). Każdy gen znajduje się w określonym chromosomie. 2
Miejsce położenia genu w chromosomie nazywane jest locus. Każdy gen reprezentowany jest w komórce somatycznej przez 2 allele. Jeśli 2 allele danego genu są takie same (np. odpowiedzialne są za niebieski kolor oczu) mówimy, że jest to homozygota. Jeśli 2 allele danego genu są różne (np. jeden odpowiada za niebieski kolor, drugi za ciemna barwę oczu) to mówimy, że jest to heterozygota. Allele mogą mieć charakter dominujący (silniejszy) i recesywny (słabszy, ustępujący). Cechy warunkowane przez allele dominujące zawsze się ujawniają zarówno w układzie heterozygotycznym (allel dominujący-allel recesywny) jak i homozygotycznym dominującym (2 allele dominujące). Allele recesywne są maskowane przez allele dominujące (nie ujawniają się), jeśli znajdują się w jednej parze, czyli w układzie heterozygotycznym. Allele recesywne ujawniają się tylko w układzie homozygoty recesywnej (2 allele recesywne). Cechy jednogenowe - przykłady Cechy dominujące Włosy falujące Włosy nierude Włosy ciemne Oczy brązowe Brak piegów Rzęsy długie Policzki z dołkami Uszy odstające Cechy recesywne Włosy proste Włosy rude Włosy jasne Oczy niebieskie Piegi Rzęsy krótkie Policzki bez dołków Uszy przylegające Choroby jednogenowe Jeśli gen kodujący daną cechę jest uszkodzony (zmutowany, patologiczny) to może to prowadzić do wystąpienia choroby jednogenowej. W chorobach jednogenowych uszkodzony gen jest także odpowiedzialny za występowanie określonej cechy, tylko, że patologicznej, na przykład karłowatości, skóry pozbawionej melaniny (albinizm), głuchoty. Cechy i choroby jednogenowe dziedziczą się zgodnie z prawami Mendla (dziedziczenie mendlowskie). 4 podstawowe sposoby przekazywania cech i chorób jednogenowych u człowieka: - autosomalny recesywny 3
- autosomalny dominujący - sprzężony z płcią dominujący - sprzężony z płcią recesywny Choroby jednogenowe spowodowane są uszkodzeniem genu, czyli jego mutacją. Tylko nieprawidłowe (zmutowane) geny wywołują chorobę jednogenową. Jeśli gen ma prawidłową budowę to produkuje prawidłowe białko (nie ma choroby). Nie można więc powiedzieć, że gen wywołuje chorobę jednogenową, tylko, że mutacje w tym genie wywołują chorobę. Mutacje genowe etiologia chorób jednogenowych Mutacje genowe - zmiany normalnej sekwencji DNA organizmu, spowodowane błędami w replikacji DNA (mutacje spontaniczne) lub działaniem czynników chemicznych i fizycznych (mutacje indukowane). Zachodzą w zygocie, płodzie, komórkach somatycznych i rozrodczych w ciągu całego życia. Mutacje w komórkach somatycznych nie są przekazywane potomstwu, w odróżnieniu od mutacji w komórkach rozrodczych, które mogą zostać potomstwu przekazane. Mutacje somatyczne odgrywają dużą rolę w rozwoju nowotworów u ludzi. Mutacje w komórkach rozrodczych mogą być odziedziczone lub powstają de novo w procesie oogenezy lub spermatogenezy. Mutacje indukowane: Mutageny chemiczne Mutageny fizyczne Skutki mutacji Utrata funkcji: - mutacja powoduje utratę funkcji białka lub zmniejsza jego aktywność, - większość mutacji tego typu jest recesywna, ale zdarzają się sytuacje, w których mutacja ma charakter dominujący. Nabycie funkcji: - mutacja nadaje białku nietypową aktywność - mutacje tego typu występują znacznie rzadziej i mają najczęściej charakter dominujący Rodzaje mutacji w genach Delecje (utrata nukleotydów w genie) Duplikacje (podwojenie ilości nukleotydów) Insercje (wstawienie dodatkowych nukleotydów w genie) Substytucje (zamiana nukleotydów w genie), zwane też mutacjami punktowymi (najczęstsze) 4
Fenotyp i genotyp Każda cecha, którą możemy zaobserwować i która jest dziedziczna - kolor oczu, choroba genetyczna np. mukowiscydoza to fenotyp. Zespół genów odpowiedzialnych za fenotyp danego osobnika to jego genotyp. 5