ΓΕΝΕΤΙΚΗ: Από τον Gregor Mendel. στους Watson and Crick. Γενετική είναι ο κλάδος της βιολογίας που μελετά επιστημονικά τους κληρονομικούς χαρακτήρες. Χαρακτηριστικά που δεν κληρονομούνται αλλά αναπτύσσονται κατά τη ζωή ενός ατόμου λέγονται επίκτητοι. Πρώτος Κλασικός «Γενετιστής» ο μοναχός Gregor Mendel που έκανε πειράματα στατιστικής στα Pissum sativum. Τα πειράματα του είχαν ως αποτέλεσμα τη διατύπωση τριών νόμων: Της ομοιομορφίας Του διαχωρισμού Της ανεξαρτησίας ΕΞΕΤΑΣΤΕΑ ΥΛΗ Γενετική, σελ. 339 369 (εκτός ύλης: 16.7 Χιασματυπία ή διασκελισμός, σελ. 365-368)
Γνωρίζετε ότι: Το DNA ενός χρωμοσώματος όταν διαταθεί έχει μήκος περίπου 12 cm; Tο συνολικό μήκος του DNA (και των 46 χρωμοσωμάτων) έχει μήκος 2 m και χωράει στον πυρήνα που έχει διάμετρο μόλις 2-3 μm;
Λέξεις κλειδιά στη γενετική Γονίδια είναι συγκεκριμένες αλληλουχίες του DNA και καθένα από αυτά καθορίζει ένα συγκεκριμένο χαρακτήρα. Κάθε χρωμόσωμα έχει χιλιάδες γονίδια τα οποία ελέγχουν την παραγωγή ενζύμων και άλλων πρωτεϊνών. (20000-100000 στον άνθρωπο) Ο αριθμός των χρωμοσωμάτων και των γονίδιων είναι χαρακτηριστικά για κάθε οργανισμό. Κάθε γονίδιο είναι υπεύθυνο για τη δημιουργία μίας πρωτεΐνης Το DNA καθώς και τα γονίδια που το απαρτίζουν αποτελείται από συγκεκριμένη αλληλουχία νουκλεοτιδίων Το DNA αυτοδιπλασιάζεται (δημιουργούνται πιστά αντίγραφα) Τα χρωμοσώματα, άρα και τα γονίδια μεταβιβάζονται στους απογόνους(κληρονομικοί χαρακτήρες ενώ αυτοί που αποκτούνται κατά τη ζωή λέγονται επίκτητοι) Τα χρωμοσώματα στα σωματικά (διπλοειδή κύτταρα) βρίσκονται κατά ζεύγη ομόλογων χρωμοσωμάτων.
Τα ομόλογα χρωμοσώματα έχουν ίδιο σχήμα μέγεθος και γενετικές πληροφορίες και τα αντίστοιχα γονίδια που βρίσκονται σε αυτά ονομάζονται αλληλόμορφα Ο άνθρωπος έχει στα σωματικά του κύτταρα (διπλοειδή κύτταρα) 22 ζεύγη ομολόγων χρωμοσωμάτων + 1 ζεύγος φυλετικών (ΧΧ στη γυναίκα, ΧΥ στον άνδρα) ενώ στα γεννητικά ακριβώς το μισό αριθμό με ένα φυλετικό (απλοειδή κύτταρα Ομόζυγο ή καθαρόαιμο ως προς ένα χαρακτήρα είναι το άτομο (που προέρχεται από ζυγωτό) που έχει τα δύο αλληλόμορφα όμοια μεταξύ τους Ετερόζυγο ή υβρίδιο ή μιγάς ή νόθο ως προς ένα χαρακτήρα είναι το άτομο (που προέρχεται από ζυγωτό) στο οποίο τα αλληλόμορφα δεν είναι όμοια μεταξύ τους Επικρατές ονομάζεται το γονίδιο που η δράση του επικαλύπτει αυτήν του αλληλομόρφου του που ονομάζεται υπολειπόμενο Γονότυπος είναι το σύνολο των γονιδίων ενός ατόμου Φαινότυπος είναι το σύνολο των χαρακτήρων που εκδηλώνονται Καρυότυπος είναι η απεικόνιση κατά σειρά ελαττωμένου μεγέθους των χρωμοσωμάτων ενός ατόμου, όπου φαίνεται ο αριθμός το μέγεθος τους
Αλληλόμορφα: είναι δύο γονίδια που καταλαμβάνουν αντίστοιχες γονιδιακές θέσεις πάνω σε ένα ζεύγος ομολόγων χρωματοσωμάτων και καθορίζουν ένα χαρακτήρα Ένα άτομο ομόζυγο ως προς ένα χαρακτήρα έχει όμοια τα αλληλόμορφα γονίδια Ένα άτομο ετερόζυγο έχει ανόμοια αλληλόμορφα γονίδια για το χαρακτήρα αυτό
Περιπτώσεις κληρονομικότητας Μονοϋβριδισμός: μελέτη ενός χαρακτήρα που ελέγχεται από ένα ζεύγος αλληλομόρφων Διυβριδισμός: μελέτη δύο χαρακτήρων που ελέγχονται από 2 ζεύγη αλληλομόρφων Νόμος της ομοιομορφίας: Από τη διασταύρωση ομόζυγων (καθαρόαιμων) ατόμων που διαφέρουν σε ένα χαρακτήρα στην πρώτη θυγατρική γενιά παίρνουμε ετερόζυγα άτομα ομοιόμορφα μεταξύ τους. Νόμος του διαχωρισμού: Από τη διασταύρωση Ατόμων της πρώτης θυγατρικής γενιάς (ετερόζυγων ως προς ένα χαρακτήρα) στη δεύτερη θυγατρική γενιά διαχωρίζονται οι χαρακτήρες που αναμίχθηκαν μεταξύ τους.(φαινότυπος 3:1, γονότυπος 1:2:1) Νόμος της ανεξαρτησίας: Όταν διασταυρώνονται άτομα που διαφέρουν μεταξύ τους ως προς δύο ή περισσότερους χαρακτήρες (μη συνδεδεμένα γονίδια) τότε συνδυάζονται μεταξύ τους ελεύθερα και ανεξάρτητα με όλους τους πιθανούς συνδυασμούς. (π.χ Για δύο χαρακτήρες θα έχουμε 16 πιθανά αποτελέσματα με συνήθη αναλογία με επικρατές και υπολειπόμενο γονίδιο 9:3:3:1
Διασταύρωση ελέγχου ή επαναδιασταύρωση Σε περιπτώσεις που δεν γνωρίζουμε το γονότυπο ενός ατόμου, ως προς ένα χαρακτήρα, τότε το διασταυρώνουμε με ομόζυγο άτομο ως προς τα υπολειπόμενα γονίδια. Εάν ο άγνωστος γονότυπος είναι ομόζυγος (ως προς το επικρατές γονίδιο) τότε όλοι οι απόγονοι της F1 γενιάς θα είναι πανομοιότυποι και ετερόζυγοι. Εάν ο γονότυπος είναι ετερόζυγος τότε θα πάρουμε απογόνους 1:1 (1 ετερόζυγο : 1 ομόζυγο ως προς τα υπολειπόμενα γονίδια)
Διασταύρωση ελέγχου
Πολλαπλά αλληλόμορφα: Σε μία γονιδιακή θέση μπορούν να υπάρχουν και να αναγνωρίζονται περισσότερα από 2 αλληλόμορφα (υπάρχει περίπτωση με 250 αλληλόμορφα). Στο αιματολογικό σύστημααβο υπάρχουν 10 αλληλόμορφα με ανθρωπολογική κυρίως σημασία. Εκτός από το ΑΒΟ υπάρχουν επιπλέον 35 συστήματα ομάδων αίματος με 400 περίπου αλληλόμορφα. Στο σύστημα Ρέζους υπάρχουν 20 αλληλόμορφα (τα κυριότερα C,D,E,c,d,e: αντιπροσωπεύονται στο σύνολο τους από τα R ή r)
Μερικώς επικρατή γονίδια Είναι γονίδια που στερούνται επικρατών και υπολειπόμενων σχέσεων μπορεί να είναι ατελώς επικρατή ή συνεπικρατή Για το συμβολισμό όλων των πιο πάνω γονιδίων χρησιμοποιούνται κεφαλαία γράμματα ως βάση καθώς και διαφορετικά κεφαλαία γράμματα ως εκθέτες όπως: Α Κ και Α Λ στο παράδειγμα που ακολουθεί
Ενδιάμεση και Μωσαϊκή κληρονομικότητα φαινότυπος = γονότυπος 1:2:1 ατελώς επικρατή γονίδια ή ενδιάμεσα : π.χ Mirabilis japala = σκυλλάκι συνεπικρατή γονίδια ή συνυπερέχοντα : π.χ -μωσαϊκό χρώμα στις αγελάδες Shorthorn -ΑΒΟ (τα Α και Β) -Δρεπανοκυτταρική αναιμία
Ενδιάμεση κληρονομικότητα
Ενδιάμεση κληρονομικότητα
Μωσαϊκή κληρονομικότητα (συνεπικρατή γονίδια)
Νόμος της ανεξαρτησίας Όταν διασταυρώνονται άτομα που διαφέρουν μεταξύ τους ως προς δύο ή περισσότερους χαρακτήρες (μη συνδεδεμένα γονίδια) τότε συνδυάζονται μεταξύ τους ελεύθερα και ανεξάρτητα με όλους τους πιθανούς συνδυασμούς. Για δύο χαρακτήρες θα έχουμε 16 πιθανά αποτελέσματα πχ. 9:3:3:1
Πιθανότητες Η πιθανότητα από ετερόζυγους γονείς σε δύο χαρακτήρες να αποκτήσουν παιδί που να έχει γραμμή τριχοφυΐας με κορυφή και προσκολλημένους λοβούς αυτιών από γονείς ετερόζυγους είναι: Π = 3/4 * 1/4 = 3/16 3/4 (πιθανότητα για γραμμή τριχοφυίας με κορυφή) Χ 1/4 (πιθανότητα για προσκολλημένους λοβούς αυτιών) = 3/16 (πιθανότητα για γραμμή τριχοφυΐας με κορυφή και προσκολλημένους λοβούς αυτιών)
Αυτοσωματική κληρονομικότητα Επικρατή ή υπολειπόμενα γονίδια σε αυτοσωματικά χρωμοσώματα. Για να εκδηλωθεί μια «κατάσταση» θα πρέπει τα υπολειπόμενα γονίδια που την ελέγχουν να είναι ομόζυγα. Στα ετερόζυγα άτομα καθώς δεν εκφράζεται το υπολειπόμενο γονίδιο λέγονται φορείς. π.χ. Αλφισμός, θαλασσαιμίες, φαινυλκετονουρία
Αλφισμός: Αυτοσωματική υπολειπόμενη κληρονομικότητα Το δέρμα έχει χρώμα λόγω της μελανίνης (πρωτεϊνη). Η κανονική παραγωγή της μελανίνης ελέγχεται από ένα επικρατές* γονίδιο έναντι του υπολειπόμενου παθολογικού (το υπολειπόμενο σε ομόζυγη κατάσταση δεν επιτρέπει την παραγωγή μελανίνης). Προκαλεί άσπρο χρώμα δέρματος, άσπρες τρίχες, κόκκινη ίριδα (φαίνονται τα αγγεία των ματιών). Έχουν υψηλές πιθανότητες για εγκαύματα και καρκίνο από έκθεση στον ήλιο. * Το γονίδιο εντοπίζεται στο 11q14-q21 και είναι το γονίδιο υπέυθυνο για την παραγωγή του ενζύμου τυροσινάση. Η τυροσινάση καταλύει την αντίδραση μετατροπής της τυροσίνης σε μελανίνη.
Αυτοσωματική υπολειπόμενη κληρονομικότητα
Αιμοσφαιρίνες Αιμοσφαιρίνη Δομή % στους ενήλικες Α α2β2 92 Α1c α2(β-ν-γλυκόζη)2 5 A2 α2δ2 2,5 F α2γ2 <1 Gower-1 Gower-2 Portland ζ2ε2 α2ε2 ζ2γ2 Στους ενήλικες παρουσιάζονται 2 περιπτώσεις εφόσον παρατηρείται μειωμένη η καθόλου παραγωγή α ή β αλυσίδων. Η α και η β-θαλασσαιμία αντίστοιχα.
Συμπτώματα β Θαλασσαιμίας Παραμορφώνονται τα οστά (Επειδή δεν υπάρχει ικανοποιητικός αριθμός ερυθρών αιμοσφαιρίων ο μυελός των οστών υπερλειτουργεί). Έντονη Ωχρότητα Ίκτερος Β-θαλασσαιμία ή νόσος του Cooley Οφείλεται σε υπολειπόμενο σε ομόζυγη κατάσταση που δεν επιτρέπει την παραγωγή Α αιμοσφαιρίνης (α2β2) και συνεχίζεται η παραγωγή της εμβρυϊκής F αιμοσφαιρίνης (α2γ2) η οποία είναι ανεπαρκής. Διόγκωση σπλήνα Διόγκωση κοιλιάς Αδυναμία εύκολη κούραση Μειωμένη ανάπτυξη σώματος
Αντιμετώπιση Μεταγγίσεις αίματος κάθε 4-6 εβδομάδες Αποσιδήρωση δηλ. απαλλαγή από το πλεόνασμα σιδήρου που συσσωρεύεται στον οργανισμό από την καταστροφή των ερυθρών αιμοσφαιρίων Θεραπεία 1. Μεταμόσχευση μυελού των οστών (ισχύει) 2. Ενεργοποίηση μηχανισμού της εμβρυικής αιμοσφαιρίνης (υπό έρευνα) 3. Αποκατάσταση της γονιδιακής διαταραχής (Gene Therapy) (υπό έρευνα)
Θεραπεία 1. Μεταμόσχευση μυελού των οστών (ισχύει) 2. Ενεργοποίηση μηχανισμού της εμβρυικής αιμοσφαιρίνης (υπό έρευνα) 3. Αποκατάσταση της γονιδιακής διαταραχής (Gene Therapy) (υπό έρευνα)
2 ζεύγη γονιδίων α-θαλασσαιμία Αν είναι και τα 4 ομόζυγα σχηματίζεται F αιμοσφαιρίνη γ2 αντί α2γ2 με αποτέλεσμα το θάνατο του εμβρύου. Άτομα α_γ2 δηλ. με τρία παθολογικά χρειάζονται κάποτε μεταγγίσεις ενώ με ένα ή δύο γονίδια δε χρειάζονται.
Δρεπανοκυτταρική αναιμία Οφείλεται σε υπολειπόμενο(;;) αυτοσωματικό γονίδιο (ως προς την εκδήλωση της πάθησης) που όταν είναι ομόζυγο σχηματίζεται αιμοσφαιρίνη HbS: Σε ομόζυγη κατάσταση εκδηλώνεται η ασθένεια όπου στις β αλυσίδες της αιμοσφαιρίνης, στην 6ή θέση της β αλυσίδας υπάρχει αντικατάσταση του γλουταμινικού οξέος (κανονικό) με τη βαλίνη (παθολογικό). Τα αιμοσφαίρια σε χαμηλές συγκεντρώσεις Οξυγόνου έχουν σχήμα δρεπανιού (χρειάζονται μεταγγίσεις) Τα ετερόζυγα (ατελώς επικρατές;;) έχουν ψηλά ποσοστά αιμοσφαιρίνης S και μερικά προβλήματα που αυτό συνεπάγεται, αλλά παρουσιάζουν ανθεκτικότητα στην ελονοσία. Μετά από επιδημιολογικές έρευνες βρέθηκε ότι υπάρχουν ψηλά ποσοστά δρεπανοκυτταρικής αναιμίας σε ελώδεις περιοχές (γιατί;;)
Δρεπανοκυτταρική αναιμία
Φυλοκαθορισμός Το φύλο δεν καθορίζεται πάντα από τα φυλετικά χρωμοσώματα. (παίζουν ρόλο ο γονότυπος και το περιβάλλον). *Στο δακτυλιοσκώληκα (μέχρι 20 μεταμέρη: αρσενικό, πάνω από 20: θηλυκό. * Στις χελώνες (αύξηση της θερμοκρασίας: θηλυκό, μείωση: αρσενικό), Κροκόδειλοι (πάνω από 33C αρσενικό κάτω από 33C θηλυκό). Άντρας: 44 αυτοσωματικά +ΧΥ(φυλετικά) Γυναίκα: 44αυτοσωματικά +ΧΧ (φυλετικά) Ο καθορισμός του φύλου εξαρτάται αποκλειστικά από τον άνδρα (Χ ή Υ χρωμόσωμα στο σπερματοζωάριο). Πιθανότητες 50-50. Το ένα Χ της γυναίκας μετατρέπεται κατά 90% σε ετεροχρωματίνη (Σωμάτιο Barr). Στις γονιμοποιήσεις έχουμε 100 κορίτσια και 127 αγόρια (πιο κινητικό το Υ σπερματοζωάριο), ενώ στις γέννες έχουμε 100 κορίτσια και 107 αγόρια (35 υποτελή θανατογόνα γονίδια, με υποχρεωτικές αποβολές στα αγόρια) Στα πτηνά, σε μερικά ψάρια και μερικά έντομα το φύλο καθορίζουν τα χρωμοσώματα Ζ και W (ΖW είναι το θηλυκό και ZZ το αρσενικό. Στην ακρίδα το αρσενικό έχει μόνο ένα Χ- ενώ το θηλυκό είναι ΧΧ Στις μέλισσες και τα μυρμήγκια δεν υπάρχουν φυλετικά. Τα θηλυκά προέρχονται από γονιμοποιημένα ωάρια ενώ τα αρσενικά από αγονιμοποίητα ωάρια (παρθενογένεση) Στη δροσόφιλα το Χ είναι απαραίτητο ενὠ η παρουσία του Υ καθορίζει τη γονιμότητα.
Φυλοκαθορισμός στον άνθρωπο
Γενεαλογικά Δέντρα Συστηματικός κατάλογος ενός δεδομένου ατόμου που λέγεται δείκτης ή ακόμα το οικογενειακό δέντρο για ένα μεγάλο αριθμό ατόμων Υπερέχον αυτοσωμικό γονίδιο: Μεταβίβαση στους απογόνους (Μ.Ο στους μισούς) και μάλιστα σε διαδοχικές γενιές (αχονδροπλασία, νόσος του Huntington, βραχυφαλαγγία, αραχνοδακτυλία) Υποτελές αυτοσωμικό: ίση αναλογία στα αρσενικά και θηλυκά, από γάμο μη ασθενών, οριζόντιος τρόπος εμφάνισης (γάμος συγγενικών ατόμων), δύο άτομα με το γνώρισμα πιθανόν να έχουν παιδί με το γνώρισμα (αλφισμός, κυστική ίνωση, φαινυλκετονουρία)
Επικρατής χαρακτήρας (γραμμή τριχοφυΐας με κορυφή) Η δευτερότοκη θυγατέρα στην τρίτη γενεά δεν εμφανίζει κορυφή (κουρίδα) στη γραμμή τριχοφυίας, παρόλον ότι και οι δύο γονείς της την έχουν. Τέτοιος τρόπος κληρονόμησης οδηγεί στο συμπέρασμα ότι ο χαρακτήρας που μελετάται καθορίζεται από επικρατές γονίδιο
Υπολειπόμενος χαρακτήρας (προσκολλημένοι λοβοί αυτιών) Η πρωτότοκη θυγατέρα στην τρίτη γενεά έχει προσκολλημένους λοβούς αυτιών, παρόλον ότι οι γονείς της έχουν ελεύθερους λοβούς. Τέτοιος τρόπος κληρονόμησης μπορεί εύκολα να επεξηγηθεί, εάν γίνει, η παραδοχή ότι ο χαρακτήρας προσκολλημένος λοβός αυτιού καθορίζεται από ένα υπολειπόμενο γονίδιο.