Genetika loha 1 Opte stavbu nukleovch kyseln Definujte

Genetika

• Úloha č. 1 • Opíšte stavbu nukleových kyselín. Definujte pojmy gén, alela, genetická informácia, genetický kód. • Úlohač. 2 • Vysvetlite mechanizmus realizácie genetickej informácie v procesoch syntézy nukleových kyselín a bielkovín.

• Úloha č. 3 • Porovnajte prenos genetickej informácie na úrovni prokaryotickej a eukaryotickej bunky. Určte poradie aminokyselín v časti peptidového reťazca ak viete, že v DNA zakódované týmto poradím nukleotidov: • a/ CGGCGCTCAAATCGA • b/ TGATGCGTTTATGCG • c/ CCTAGTGTGTGGTGT

• Genetika je veda o dedičnosti a premenlivosti • Dedičnosť = schopnosť organizmov uchovávať genetickú informáciu a prenášať ju na potomkov. • Premenlivosť = zabezpečuje odlišnosť medzi rodičmi a potomkami a medzi potomkami navzájom. • Zakladateľ: Johan Gregor Mendel, 1865

Molekulárne základy dedičnosti • • • Nukleové kyseliny objavil Miescher Štruktúru NK popísali Watson a Crick, 1953 DNA 2 polynukleotidové reťazce Nukleotid – dusíkatá báza purínové : adenín guanín Pyrimidínové: cytozín tymín pentóza: deoxyribóza zvyšok kyseliny trihydrogénfosforečnej

Primárna štruktúra – určuje genetickú informáciu Je určená poradím nukleotidov Pre všetky bunky rovnaká Sekundárna štruktúra-je daná priestorovým usporiadaním, pravotočivá dvojzávitnica • Princíp komplementarity – väzba medzi dvojicou báz prostredníctvom vodíkových mostíkov • A-T • C-G • •

• • RNA 1 vlákno dusíkaté bázy: adenín uracil cytozín guanín Ribóza Zvyšok kyseliny trihydrogénfosforečnej

• m- RNA • t-RNA • r- RNA

Genetický kód, genetická informácia • Genetická informácia – je správa zapísaná v primárnej štruktúre molekuly DNA. • Gén - je úsek molekuly DNA, ktorý nesie úplnú genetickú informáciu pre biologickú vlastnosť alebo funkciu. • napr. gén pre farbu oči • Alela – konkrétna forma génu • napr. alela pre modrú farbu oči

• • Rozdelenie génov: štruktúrne regulačné pre t-RNA a r-RNA

• Genetický kód – šifra, pravidlo podľa ktorého je zapísaná genetická informácia • je daný trojicou – tripletom nukleotidov v DNA alebo v m. RNA, určuje zaradenie 1 AK do polypeptidového reťazca nazýva sa aj kodón – jednotka g. kódu Vlastnosti genetického kódu: • degenerovaný • univerzálny • nepretržitý • neprekrývajúci

• • iniciačný kodón : AUG (TAC – metionin) terminačné kodóny: UAA, UAG, UGA (ATT, ATC, ACT) nekodujú aminokyselinu

• Replikácia – syntéza (tvorba) molekuly DNA • !Molekula DNA sa replikuje podľa molekuly DNA! • reťazce pravotočivej dvojzávitnice molekuly DNA sa od seba oddelia porušením vodíkových mostíkov medzi komplementárnymi bázami oboch reťazcov • každý z reťazcov pôvodnej molekuly DNA slúži ako matrica (predloha) na syntézu nového reťazca • k obnaženým dusíkatým bázam, ktoré sú súčasťou nukleotidov sú priradzované voľné nukleotidy, ktoré sú svojimi dusíkatými bázami komplementárne

• enzým DNA – polymeráza spája priradené nukleotidy do súvislého reťazca • energia na vytvorenie väzby medzi jednotlivými nukleotidmi sa získava z molekuly ATP • výsledkom replikácie sú 2 rovnaké molekuly DNA, z ktorých každá obsahuje jeden reťazec pôvodnej molekuly DNA a jeden novosyntetizovaný, t. j. dcérsky. Obe molekuly DNA obsahujú presne tie isté gény ako mala východisková molekula. • Prebieha v smere 5´- 3´

• Replikácia – syntéza (tvorba) molekuly RNA • !Molekula RNA sa replikuje podľa molekuly DNA! • reťazce pravotočivej dvojzávitnice molekuly DNA sa od seba oddelia porušením vodíkových mostíkov medzi komplementárnymi bázami oboch reťazcov • iba jeden z reťazcov pôvodnej molekuly DNA slúži ako matrica (predloha) na syntézu reťazca RNA (je to geneticky určené!) • k obnaženým dusíkatým bázam, ktoré sú súčasťou nukleotidov DNA sú priradzované voľné nukleotidy RNA na základe komplementarity

• enzým RNA – polymeráza spája priradené nukleotidy do súvislého reťazca • energia na vytvorenie väzby medzi jednotlivými nukleotidmi sa získava z molekuly ATP • vytvorené vlákno RNA sa odpojí od matrice • oddelené reťazce vlákna DNA sa opäť spoja vodíkovými väzbami a obnovia štruktúru dvojzávitnice • Proces replikácie je zložitý a presne kontrolovaný, aby sa neurobil „preklep“ v syntéze DNA alebo RNA. Takáto chyba by vyvolala mutáciu.

• Expresia génu - je realizácia génu, ktorá prebieha na molekulovej úrovni ako dvojstupňový proces. Prebieha v G 1 fáze. Zahŕňa deje: • 1. Transkripcia: - prepis genetickej informácie z molekuly DNA do molekuly m. RNA, čím sa syntetizuje molekula m. RNA. Prebieha v jadre bunky. • Reverzná transkriptáza

• 2. Translácia: preklad genetickej informácie z poradia nukleotidov do poradia aminokyselín polypeptidového reťazca (t. j. do primárnej štruktúry bielkovín). Týmto procesom sa syntetizujú molekuly bielkovín, v procese nazvanom proteosyntéza. Je prísne regulovaná. Prebieha na ribozómoch. •

• Realizácia transkripcie: • Narušením vodíkových väzieb medzi komplementárnymi bázami vlákna DNA sa čiastočne oddelia reťazce DNA. Jeden reťazec sa stane matricou (predlohou) na transkripciu. Na princípe komplementárnosti báz sú priraďované voľné nukleotidy RNA, čím sa utvorí nové vlákno molekuly m. RNA. Keďže m. RNA obsahuje namiesto tymínu uracil, komplementárnosť báz DNA – m. RNA je takáto:

DNA m. RNA U T A C G C Jednotlivé nukleotidy potom navzájom spojí (spolymerizuje) v správnom poradí enzým • RNA – polymeráza. Vzniknuté vlákno m. RNA sa cez jadrové póry uvoľní do cytoplazmy, kde sa viaže na ribozómy. • • •

• Realizácia translácie: • Na ribozómy sa k jednotlivým kodónom (tripletom nukleotidov) m. RNA dočasne pripájajú svojimi antikodónmi molekuly t. RNA, nesúce jednotlivé aminokyseliny zo zásoby voľných aminokyselín v cytoplazme. Každá aminokyselina má svoju vlastnú t. RNA, teda existuje 20 rôznych t. RNA. V mieste pripojenia AK ma t. RNA triplet CCA Len čo sa t. RNA s aminokyselinou pripojí ku kodónu m. RNA, utvorí sa peptidová väzba medzi susednými aminokyselinami. t. RNA sa uvoľní a môže prenášať ďalšiu aminokyselinu. Postupným pripájaním t. RNA s aminokyselinami a ich spájaním polypeptidovou väzbou rastie polypeptidový reťazec novej bielkoviny. Za 1 minútu sa zaradí do polypeptidového reťazca asi 1000 aminokyselín. Na pripojenie 1 AK je potrebná energia 150 k. J/mol • Komplex m. RNA a viacerých ribozómov sa nazýva polyzóm. • Po ukončení syntézy sa oddelí od ribozómu, zostáva v cytoplazme alebo je transportovaná do bunkových organel alebo membrán.

Dedičnosť na úrovni bunky • DNA vytvára v jadre bunke štruktúry nazývané chromozómy • Chemické zloženie chromozómov: • Chromatín - hmota chromozómu, tvorená z jednej dlhej lineárnej molekuly DNA, na ktorú sú napojené bielkoviny. • Nukleozóm - základná jednotka kondenzácie chromozómu. Pozostáva z 8 molekúl bielkovín – históny, ktoré sú obkolesené vláknom DNA.

Stavba chromozómu

• a) 2 ramená chromozómu • b) 2 chromatídy – vlákna, na ktorých sa dajú pozorovať miesta zauzlenia chromatínu - chromoméry a miesta bez zauzlenia - chromonémy • c) centroméra – miesto kde sa spájajú chromatídy, štruktúra umožňujúca prichytenie chromozómov k mikrotubulám deliaceho vretienka • d) primárna konstrikcia (miesto primárneho zúženia) – zúženie na chromozóme, kde sa nachádza centroméra • e) sekundárna konstrikcia (miesto sekundárneho zúženia) - zúženie na kratšom ramene chromozómu. V tomto mieste sa nachádza jadierkový organizátor. • f) satelit (trabant) – časť ramena chromozómu za sekundárnou konstrikciou

• Chromozómy sú dobre pozorovateľné iba počas delenia bunky. Vtedy sa skracujú a hrubnú (špiralizujú sa). Najvhodnejším štádiom na pozorovanie je metafáza, pretože práve v tomto štádiu vrcholí špiralizácia chromozómov. • Chromozómy sú charakteristické počtom, tvarom a veľkosťou. Bunky každého druhu si udržujú konštantný počet chromozómov. • Napr. človek 46, pes 78, kapor 104, raž 14

• Karyotyp = súbor všetkých jadrových chromozómov

Počet chromozómov • Chromozómová sada – súbor chromozómov v haploidnej eukaryotickej bunke. • V telových (somatických) bunkách človeka sa nachádzajú 2 chromozómové sady (2 n), označujú sa ako diploidné bunky. V telových bunkách človeka je prítomných 46 chromozómov v 23 pároch. V týchto bunkách sa chromozómy nachádzajú vždy pároch a pochádzajú od obidvoch rodičov. • Pohlavné bunky (gaméty) obsahujú len 1 chromozómovú sadu (n) a označujú sa haploidné bunky.

Rozdelenie chromozómov • 1. podľa tvaru a obsahu génov • a) homologické chromozómy – dvojica chromozómov tvoriacich pár s rovnakých tvarom, veľkosťou a rovnakým genetickým obsahom (rovnakými génmi, nie alelami) • b) nehomologické chromozómy – chromozómy líšiace sa tvarom, veľkosťou a genetickým obsahom. Väčšinou sú to chromozómy rôznych párov

• 2. podľa informácií determinujúcich pohlavie • a) autozómy (nepohlavné chromozómy) – prvých 22 chromozómových párov v telovej bunke alebo prvých 22 chromozómov v gaméte. Vyskytujú sa v homologických pároch. • b) gonozómy (pohlavné chromozómy) – posledný 23. chromozómový pár. Podľa tvaru jedného z chromozómov sa určuje ženské a mužské pohlavie u človeka. Netvoria homologické páry. • Označujeme ich X, Y

3. podľa uloženia centroméry • a) metacentrické (rovnoramenné) – centroméra je uložená približne v strede • b) submetacentrické (nerovnoramenné) • c) akrocentrické – centroméra sa nachádza takmer na konci chromozómu • d) telocentrické - centroméra sa nachádza na konci chromozómu

Prokaryotická bunka • Má jadro bez jadrovej membrány = nukleoid • má 1 do kruhu stočenú molekulu DNA • 1 prokaryotický chromozóm • každý gén je zastúpený 1 alelou • Plazmidy= malé kruhové molekuly DNA • Nesú gény. Ktoré nie sú dôležité na prežitie • napr. rezistencia voči antibiotikám, tvorba toxínov • plastické, génové inžinierstvo

• Úloha č. 1 • Definujte princíp dedičnosti kvalitatívnych znakov – monohybridné a dihybridné kríženie, spätné kríženie, úplná a neúplná dominancia, intermediarita, kodominancia. • Úloha č. 2 • Nakreslite a porovnajte schému monohybridného kríženia a úplnou dominanciou a dihybridného kríženia. Rozlíšte genotypové a fenotypové štiepne pomery. Posúďte, ktoré Mendelove zákony platia pri týchto kríženiach.

Dedičnosť na úrovni jedinca • Jedinec, ktorý vzniká pohlavným rozmnožovaním získava jednu sadu chromozómov od materského organizmu a jednu sadu od otcovského organizmu, • Ide o kombináciu alel od oboch rodičov • Genotyp = súbor všetkých génov v organizme • Genóm = súbor všetkých génov v bunke • Fenotyp = súbor vlastnosti (znakov)organizmu

• Gény veľkého účinku • 1 gén podmieňuje 1 znak, malý vplyv prostredia • ide o kvalitatívne znaky napr. farba oči, krvná skupina • Gény malého účinku • viac génov podmieňuje 1 znak, veľký vplyv prostredia • ide o kvantitatívne znaky napr. výška, hmotnosť

• každý gén má 2 alely (v eukaryotickej bunke) • Dominancia a recesivita vyjadrujú vzťah medzi alelami toho istého génu • Dominantná alela potláča prejav recesívnej • Dominantné alely označujeme A, B, C. . . • Recesívne alela označujeme a, b, c • Neúplná dominancia = dominantná alela nepotláča úplne prejav recesívnej alely • Intermediarita = obidve alely sa rovnakou mierou podieľajú na vytvorení znaku

• Kodominancia = ani jedna z alel nie je dominantná a vo fenotype sa prejavia nezávisle od seba • Homozygot = je jedinec, ktorý má rovnaké alely určitého génu • dominantný homozygot AA • recesívny homozygot aa • Heterozygot = je jedinec, ktorý má rôzne alely určitého génu Aa

• Hybridizácia = kríženie je pohlavné rozmnožovanie dvoch jedincov, pri ktorom sa sleduje výskyt foriem určitého znaku • Hybrid = kríženec, jedinec, ktorý vznikol pri hybridizácií • monohybrid • dihybrid • polyhybrid

Mendelove zákony • • • Symboly: P. . . parentálna generácia G. . . gaméty F 1, F 2. . . filiálna generácia x. . . znak kríženia

• 1. zákon uniformity a reciprocity • Ak je jeden z rodičov dominantný homozygot a druhý recesívny homozygot, jedince prvej filiálnej generácie sú fenotypovo rovnaké, heterozygotné

• 2. zákon o segregácii alel • Pri krížení heterozygotných rodičov generácia potomkov nie je uniformná a ich genotypy a fenotypy možno vyjadriť stálymi pomermi celých čísel • týka sa monohybridného kríženia • genotypový štiepny pomer je 1: 2: 1 • pri úplnej dominancii fenotypový štiepny pomer je 3: 1 • pri neúplnej dominancii je fenotypový štiepny pomer 1: 2: 1

• 3. zákon o voľnej kombinoveteľnosti alel rôznych alelových párov • týka sa polyhybridného kríženia • Vzájomným krížením polyhybridov vzniká nejednotné potomstvo s toľkými kombináciami medzi všetkými alelami, koľko je matematických kombinácií medzi dvomi nezávislými veličinami • Najjednoduchším prípadom je kríženie dihybridov

• Úloha č. 3 • Analyzujte termín kodominancia, dihybridizmus a neúplná dominancia. Riešte úlohu: • a/ Z troch súrodencov má jeden krvnú skupinu B, druhý O a tretí A. Aké krvné skupiny majú rodičia ? Dokážte písmenkovou schémou. • b/ Hrubá srsť /R/ morčiat je dominantná nad hladkou /r/ a čierna farba /B/ nad bielou /b/. • Určte, aké budú štiepne pomery a fenotypy morčiat pri krížení : • a/ Rr. Bb x RRBB c/ RRbb x rr. Bb • b/ Rrbb x rr. Bb d/ RRbb x rr. BB • c/ Určte aké farby nocovky a v akom štiepnom pomere dostanete krížením týchto genotypov : • a/ RR x Rr c/ RR x rr • b/ Rr x Rr d/ Rr x rr • ak R – červená a r – biela sú navzájom intermediárne

• • • A 1. Popíš stavbu DNA 2. Vysvetli pojem genetický kód, jeho vlastnosti 3. Popíš karyotyp človeka 4. Vysvetli princíp replikácie DNA 5. Vyrieš úlohu B 1. Popíš stavbu RNA 2. Porovnaj gény veľkého a malého účinku 3. Popíš stavbu chromozómu 4. Vysvtli princíp transkripcie 5. Vyrieš úlohu

• Úloha č. 3 • Uvážte možnosti nemendelovskej dedičnosti a sústreďte sa na väzbu génov a mimojadrovú dedičnosť, vysvetlite jej význam. • Úloha č. 3 • V rodine sa po niekoľko generácií vyskytuje určitá choroba iba u chlapcov. Určte o aký typ dedičnosti pravdepodobne ide, vysvetlite spôsob prenosu na príklade. Uveďte príklady dedičných dispozícií a chorôb.

Väzba génov • T. H. Morgan v 20. rokoch 20. storočia sformuloval základné poznatky o väzbe génov • Zistil štúdiami na drozofile, že gény sú v chromozómoch uložené za sebou t. j. v lineárnom poradí na určitých miestach=lokusy

• Iba alely génov nesené nehomologickými chromozómami sú voľne kombinovateľné • Gény umiestnené na homologických chromozómoch sú vo vzájomnej väzbe a ich alely nie sú voľne kombinovateľné – sú vo väzbe – dedia sa spoločne neplatí 3. MZ • Sila väzby závisí od pozície génu na chromozóme: Čím je vzdialenosť 2 génov na chromozóme väčšia, tým je väzba slabšia a menšia pravdepodobnosť, že sa zdedia spoločne Naopak zvyšuje sa pravdepodobnosť crossing overu pri meióze

• príklad: U dihybrida Aa. Bb sa pri génovej väzbe nachádzajú dominantné alely na jednom chromozóme a recesívne alely na druhom chromozóme (viď obrázok). Ak neprebehne crossing over môžu sa do gamét dostať alely len v nezmenenej kombinácii teda AB a ab. Alely v tejto polohe označujeme ako cis.

• Ak sa na jednom chromozóme nachádza jedna dominantná a jedna recesívna alela (napr. prebehne crossing-over a homologické chromozómy si vymenia alely), tak sa alely v tejto polohe označujú ako trans (Ab, a. B)

• Sila väzby medzi dvoma alelami závisí od vzdialenosti týchto alel. Čím sú alely bližšie ku sebe, tým je väzba silnejšia a je menšia pravdepodobnosť ich rekombinácie. Naopak, čím sú alely ďalej od seba tým je väzba slabšia a je väčšia pravdepodobnosť, že budú oddelené crossing-overom.

• Chromozómy nemusia vôbec prejsť crossingoverom, ale na druhej strane sa môže stať, že prebehne viacnásobný crossing-over. Pri dvojitom (viacnásobnom) crossig-overi sa stáva, že sa alely dostanú do pôvodnej polohy v akej sa nachádzali pred rekombináciou. Pritom pravdepodobnosť dvojitej rekombinácie je tým väčšia čím sú alely viac vzdialené. Preto sa paradoxne pri slabej väzbe a prebehnutej rekombinácii vôbec nezmení poloha jednotlivých alel.

obr. vzájomná poloha alel pri dvojnásobnom c-o

Dedičnosť viazaná na pohlavie • Základné typy chromozómového určenia pohlavia: • Cicavčí typ(typ Drosophila) - takýto typ majú cicavce (človek), niektoré skupiny rýb, plazov a väčšina druhov hmyzu. Vyskytuje sa aj u prevažnej väčšiny dvojdomých rastlín. • homogametickým pohlavím samička - XX, vajíčka obsahujú len chromozóm X • heterogametickým pohlavím je samček -XY

• Vtáčí typ(typ Abraxas) - vyskytuje sa u vtákov, niektorých rýb a motýľov. Pri tomto type je: homogametickým pohlavím je samček - XX • heterogametickým pohlavím je samička -XY • (typ Protenor). • samičky sa liahnu z oplodnených vajíčok (XX), samčekovia (XO) = trúdy - vznikajú z neoplodnenej haploidnej bunky - partenogeneticky.

• Štruktúra pohlavných chromozómov: Pohlavné chromozómy sú odlišné nielen od ostatných chromozómov jadra, ale aj medzi sebou navzájom. X chromozóm je párový a väčší, obsahuje viac génov, Y chromozóm je obvykle menší, nepárový a označuje sa tzv. alozóm. Na pohlavných chromozómoch môžeme rozlíšiť homologické a nehomologické úseky.

• homologická (rovnaká) časť - na rovnakých miestach chromozómov X a Y ležia rovnaké gény. Dedičnosť génov ležiacich na homologických častiach heterochromozómov sa riadi tými istými pravidlami ako pri autozómovej dedičnosti. • nehomologická (nerovnaká) = heterologická časť - gény, ktoré sa nachádzajú na chromozóme X v tomto úseku nemajú pár na Y chromozóme a naopak.

• V nehomologickom úseku X chromozómu človeka sa vyskytuje približne 729 - 758 rôznych génov. V nehomologickom úseku Y chromozómu sa nachádza približne 13 funkčných génov. Gény z tohto úseku chromozómu nazývame holandrické gény. Znaky nimi podmienené sa u žien nevyskytujú. Dedia sa z otcov na synov.

• Okrem génov o určení pohlavia sa na pohlavných chromozómoch nachádzajú aj gény, ktoré s pohlavím vôbec nesúvisia. Hovoríme o génoch viazaných na pohlavie. Dedičnosť týchto znakoch súvisí s ich umiestnením na chromozóme. • 1. Gén umiestnený v homologickom úseku X a Y chromozómov sa dedí podľa takých istých pravidiel ako znaky viazané na autozómy - ide o dedičnosť neúplne viazanú na pohlavie.

• 2. Pri géne z heterologickej časti chromozómov závisí či je gén lokalizovaný v nehomologickej časti X chromozómu alebo v nehomologickej časti Y chromozómu - ide o dedičnosť úplne viazanú na pohlavie. Hovorí sa o X-chromozómovej dedičnosti a Y- chromozómovej dedičnosti. Pri dedičnosti génov viazaných na pohlavie, záleží od ktorého z rodičov znak pochádza.

Kríženie bielokokej samičky a červenookého samčeka

Kríženie bielookého samčeka a homozygotne červenookej samičky

Mimojadrová dedičnosť • týka sa DNA plastidov a mitochondrii • nesie kompletnú genetickú informáciu pre vytvorenie danej organely • jadrová DNA ovplyvňuje hlavne počet a rozmiestnenie mitochondrii a plastidov • pre DNA mitochondrii je charakteristické, že niektoré kodóny sa čítajú inak ako kodóny jadrovej DNA

• Dedičnosť znakov riadených mimojadrovými génmi: • odlišuje sa od jadrovej dedičnosti • neplatia mendelové zákony • časté je dedenie znakov len po materskom rodičovi (maternálne) • príkladom je dedičnosť panašovania rastlín – panašovanie je tvorba rôznofarebných úsekov na stonkách alebo listoch rastlín – plastidy v týchto úsekoch neobsahujú chlorofyl

• Úloha č. 2 • Objasnite genetickú štruktúru populácie a jej vývoj v súvislosti s panmixiou a autogamiou, sformulujte Hardy-Weinbergrov zákon. • Riešte príklad : • Rh faktor je autozómovo dominantne dedičný. 16% obyvateľov našej populácie je rh-. Aká je početnosť jednotlivých alel a jednotlivých genotypov v našej popluácii?

Genetika populácií • genetika populácií sa zaoberá procesmi dedičnosti a premenlivosti kvalitatívnych a kvantitatívnych znakov a vlastností v populáciách. • Populácia je skupina jedincov rovnakého druhu, žijúcích na určitom území v určitom čase jedinci sa medzi sebou môžu voľne krížiť a majú spoločných predkov • genofond súbor alel všetkých jedincov populácie

Druhy populácií podľa spôsobu výberu partnera pri rozmnožovaní • Autogamická populácia • jedinci sa rozmnožujú autogamiou samooplodnením, napr. samoopelivé rastliny • každý jedinec produkuje samčie aj samičie gaméty, nový jedinec vzniká splynutím gamét pochádzajúcich od jedného jedinca • V autogamickej populácii dochádza k neustálemu poklesu podielu heterozygotov zvyšuje sa podiel homozygotov

• Panmiktická populácia • panmixia = ničím neobmedzená možnosť vzájomného kríženia ktoréhokoľvek jedinca s ktorýmkoľvek ďalším členom populácie • každá samčia gaméta má rovnakú pravdepodobnosť stretnutia s ktoroukoľvek samičou gamétou

Hardyho –Weinbergov zákon • R. 1908 • Veľká panmiktická poplulácia je v priebehu generácií v rovnováhe, t. j. nemení sa jej genetická štruktúra a frekvencia alel a genotypov je konštantná.

• p 2 + 2 pq + q 2 = 1 • • • • p je frekvencia dominatnej alely q je frekvencia recesívnej alely kde p 2 je frekvencia dominantných homozygotov 2 pq je frekvencia heterozygota q 2 je frekvencia recesívneho homozygota Zároveň platí p + q = 1.

• • Rovnováhu v populácií môže narušiť: mutácia selekcia genetický drift =náhodný posun genetickej rovnováhy

• Úloha č. 1 • Vysvetlite príčiny premenlivosti. Vymenujte druhy mutácií, ich príčiny, dôsledky pôsobenia mutagénov v životnom prostredí.

Genetická premenlivosť • • A. dedičná premenlivosť pri segregácií alel do gamét pri crossing overi pri vzniku náhodných kombinácií pri oplodnení mutácie B. nededičná premenlivosť vyvolaná vonkajšími činiteľmi

• Mutácie sú náhodné, pomerne vzácne a dedičné zmeny genotypu, pričom sa mení genetická informácia • náhle - k mutáciám dochádza náhle, skokom, organizmus sa na ne nepripravuje • neusmernené – organizmus nemá možnosť si mutácie vyberať, preto môžu byť pre nositeľa priaznivé aj škodlivé, nedá sa predpovedať ich veľkosť ani účinok • trvalé – mutácie sú zmeny, ktoré sa prenášajú na potomstvo • jedinečné – mutáciou môže vzniknúť nová alela, nový genotyp, ktorý sa predtým nevyskytoval

• Mutagény sú faktory, ktoré sú schopné narušiť a zmeniť štruktúru DNA a vyvolať mutácie. • Fyzikálne mutagény – neionizačné (UV)alebo ionizačné žiarenie (rtg , gama žiarenie) • Chemické mutagény – rôzne organické a anorganické látky (yperit, ióny ťažkých kovov) • Biologické mutagény – rôzne mikroorganizmy napr. vírusy • mutant

• Antimutagény: • Sú látky, ktoré znižujú frekvenciu mutácií. Sú to napr. antioxidanty, medzi ktoré patrí predovšetkým vitamín C a E, karotenoidy, selén.

Rozdelenie mutácií • • • A. podľa typu zasiahnutej bunky gametické somatické B. podľa vzniku: spontánne mutácie - sú náhodným javom indukované mutácie - sú cieľavedome vyvolávané mutácie v laboratórnych podmienkach

• C. podľa rozsahu genetickej informácie, ktorú mutácie postihujú • génové mutácie –zmeny štruktúry 1 génu • chromozómové mutácie (aberácie) - zmeny štruktúry chromozómov • genómové mutácie - zmeny počtu chromozómov a celých chromozómových sád

Génové mutácie • substitúcia – zámena jedného alebo niekoľkých po sebe nasledujúcich nukleotidov za iné •

• delécia – strata jedného alebo niekoľkých nukleotidov

• inzercia – vsunutie jedného alebo viacerých nukleotidov •

Chromozómové mutácie • delécia – strata časti vnútorného úseku chromozómu • deficiencia – strata koncového úseku chromozómu

• inverzia – otočenie určitého úseku v chromozóme o 180° • translokácia – výmena úsekov medzi nehomologickými chromozómami

• duplikácia – zdvojenie úseku chromozómu. Opakované úseky sa môžu vyskytovať v tom istom chromozóme bezprostredne za sebou, alebo v obrátenom poradí. • fragmentácia - rozpad chromozómu na viacero častí •

Genómové mutácie • polyploidia - je dôsledkom zmnoženia celej chromozómovej sady, bez následného delenia jadra (3 n, 4 n, 5 n). Polyploidia sa u cicavcov a u človeka veľmi nevyskytuje (výnimkou sú niektoré pečeňové bunky), ale pre niektoré druhy rastlín je polyploidia prirodzený stav (napr. pšenica, jačmeň). Rastliny znásobením počtu chromozómov majú lepšie vlastnosti napr. triploidná cukrová repa má vyšší obsah cukru, ďatelina vyššiu produkciu. Polyploidné bunky vznikajú chybou pri redukčnom delení

• haploidia - je prítomnosť jednej sady chromozómov v jadre bunky. Je to typický stav v pohlavných bunkách, v ktorých má človek 23 chromozómov (na rozdiel od somatických buniek). Haploidia v telových bunkách je nezlučiteľná so životom. • aneuploidia - zmena počtu chromozómov. V genóme je jeden alebo viac chromozómov navyše, alebo jeden alebo viac chromozómov chýbajú. Aneuploidia vzniká nerovnomerným rozostupením chromozómov pri meiotickom delení.

• Príkladom aneuploidie je monozómia (2 n-1), keď chýba 1 chromozóm v sade, alebo trizómia (2 n+1), keď je 1 chromozóm v sade navyše. Výnimočne sa môže vyskytnúť (2 n-2) (nulizómia), (2 n+2) tetrazómia.

• Úloha č. 3 • Analyzujte, prečo musí humánna genetika používať iné metódy práce ako klasická genetika. Vysvetlite predložený rodokmeň a odvoďte typ alely kódujúcej daný znak. • Úloha č. 3 • Posúďte možnosti liečby, prípadne kompenzácie monogénne dedičných chorôb. Uveďte príklad poruchy zdravia na základe dedičnej dispozície a navrhnite ochranný režim v rodine a na pracovisku pre postihnutých alebo ohrozených jedincov.

Genetika človeka • Genetika človeka: • samostatný vedný odbor, ktorý sa zaoberá dedičnosťou normálnych ľudských znakov a dedične podmienenými chorobami • má mnohé špecifiká, ktorými sa odlišuje od iných genetických disciplín. Tieto odlišnosti sú spôsobené:

• človeka nemožno zámerne krížiť a robiť na ňom experimenty(etické dôvody) • generačná doba človeka je dlhá (20 -25 rokov) • človek má malý počet potomkov (malá vzorka na „vytvorenie“ štiepnych pomerov) • človek má zložitý genotyp (asi 50 – tisíc génov) – väčšina znakov je polygénneho charakteru • vplyv prostredia – sociálne podmienky, lekárska starostlivosť, zemepisné rozšírenie

Metódy výskumu • • • • A. rodokmeňová metóda (genealogická) Zostavovanie rodokmeňov niekoľkých generácií človek od ktorého sa začína výskum sa volá proband používa sa systém štandardných značiek existujú 3 typy dedičnosti: autozomovo dominantná – napr. polydaktylia, brachydaktylia • autozomovo recesívna – napr. fenylketonúria, celiakia, galaktozémia • gonozómovo recesívna - daltonizmus, hemofília

• B. výskum dvojčiat(gemelologický) • dvojčatá môžu byť: • dvojvaječné - dve vajíčka, každé oplodnené inou spermiou • jednovaječné - 1 vajíčko oplodnené jednou spermiou. Vzniknutá zygota sa neskôr rozdelí a vyvíjajú sa 2 zárodky, ktoré majú vždy rovnaké pohlavie. • Z genetického hľadiska sú zaujímavejšie jednovaječné dvojčatá, lebo majú rovnakú genetickú výbavu, ale nie sú úplne totožné. Je možné u nich sledovať aj vplyv prostredia.

• C. výskum chromozómov (cytogenetický) • študuje sa zostava a štruktúra chromozómov • chromozómy sú zostavené podľa medzinárodných pravidiel na základe ich dĺžky a umiestnenia centroméry do 7 skupín označených A-G • využíva sa prúžkovacia metóda (chromozómy sa farbia špeciálnymi farbivami) ale aj genetické a biochemické metódy • umožňuje zistiť rozličné chromozómové aberácie a genómové mutácie

• Dispozície sú vrodené predpoklady alebo náchylnosť k určitým ochoreniam – aby sa ochorenie rozvinulo musia pôsobiť určité faktory prostredia (zložka potravy, prostredie, počasie…) – ochorenia sa označujú ako familiárne: alergie, neurózy, hypertenzia, náchylnosť na infekčné choroby, vredy – dôležitá je prevencia – vyhýbanie sa negatívnym vplyvom prostredia

• Dedičné choroby – vznikajú ako dôsledok mutácií, vplyv prostredia je minimálny – prejavia sa v každom prípade

• a) molekulové choroby – chybná informácia štrukturného génu je príčinou neschopnosti vytvárať peptidový reťazec enzýmu. Chýbajúci enzým poruší alebo pozastaví metabolický reťazec a v tele sa hromadí medziprodukt tohto reťazca, ktorý pôsobí ako jed.

• galaktozémia – autozómovo recesívne ochorenie, nevytvára sa enzým rozkladajúci galaktózu, hromadí sa medziprodukt, spôsobuje nechutenstvo, tráviace ťažkosti, žltačku • fenylketonúria - autozómovo recesívne ochorenie, netvorí sa enzým zabezpečujúci premenu fenylalanínu na tyrozín, dochádza k poškodeniu mozgu • celiakia - autozómovo recesívne ochorenie, neschopnosť tráviť lepok (bielkovina v pšenici), spôsobuje tráviace ťažkosti • albinizmus - autozómovo recesívne ochorenie neschopnosť syntetizovať melanín

• ľudské chromozómy sa najčastejšie vyšetrujú z krvných buniek, kostnej drene alebo kože • dajú sa vyšetrovať aj prenatálne z plodovej vody • odber plodovej vody sa robí amniocentézou

• b) dedičné vývinové chyby – vznikajú počas vnútromaternicového vývinu, postihujú niektoré orgány, prsty, ústnu dutinu…). • polydaktylia (viacprstosť)- autozómovo dominantný znak • brachydaktylia (krátkoprstosť) - autozómovo dominantný znak, postihnutí jedinci majú krátke a hrubé prsty • rážštepy podnebia a perí (neúplné uzatvorenie kostí) - dedia sa polygénne

• c) gonozomálne dedičné choroby – viazané na X chromozóm • hemofília – gonozómovo recesívne ochorenie, neschopnosť tvoriť niektorý z faktorov zrážania krvi, postihnutí bývajú častejšie muži, ženy sú prenášačky • daltonizmus - gonozómovo recesívne ochorenie, neschopnosť rozlišovať zelenú a červenú farbu

• d) syndrómy • Turnerov syndróm – chýbanie jedného X chromozómu. Takáto žena (X 0) je neplodná, duševne zaostalá a väčšinou má nižší telesný vzrast. • Klinefelterov syndróm – zdvojenie X chromozómu muža. Takýto jedinec (XXY alebo XXXY ) je sterilný, má mužský výzor, vysoký. • Syndróm „supermuž“(XYY) - vysoký, duševne zaostalý, sklony k agresivite a asociálnemu správaniu, znížená plodnosť. • Syndróm „superžena“ (XXX alebo XXXX) - prehnane vyvinuté ženské atribúty, slabomyselnosť, znížená plodnosť. • Downow syndrom - trizómia 21 chromozómu, prejavy: malý nos a ústa, veľký jazyk, krátky trup, široké ruky, krátke prsty, zvýšená ohybnosť v kĺboch, krátke nohy, poruchy duševného vývoja, chyby srdca, náchylný na leukémiu.

; Genetická prevencia: eufenická – upravuje sa len fenotyp – strava, chirurgické zákroky – vedie k zvýšeniu životaschopnosti postihnutých eugenická: • snaha predchádzať dedičným postihnutiam populácie • rieši sa cez genetické poradenstvo = komplexná služba ľuďom, ktorí chcú získať informácie o dedičnosti • snaha zlepšiť genofond

• Úloha č. 2 • Posúďte význam genetiky pre život a pre človeka. Objasnite : genetické poradenstvo, prenatálna genetická diagnostika, génové inžinierstvo.