background image

str. 1 

 

GENETYKA 

Wykład I    2.11.07r. 

Gen  –  jednostka  dziedziczenia,  która  w  sensie  klasycznym  zajmuje  swoistą  pozycję  (locus)w  genomie  lub  w 

chromosomie; jednostka, która wpływa w jeden lub więcej sposobów na fenotyp organizmu, która może 
mutować do różnych form allelicznych i ulegać rekombinacji z innymi jednostkami tego typu. Wyróżnia 
się obecnie 3 klasy genów: 

1)  strukturalne, przepisywane na mRNA, które ulegają translacji na sekwencję aminokwasową łańcuchów 

polipeptydowych 

2)  przepisywane na rRNA 
3)  na tRNA 

 

Fenotyp – obserwowane, strukturalne lub funkcjonalne cechy organizmu (morfologia, fizjologia, zachowanie), 

będące  rezultatem  złożonej  sieci  powiązań  między  różnymi  genami  oraz  pomiędzy  genami  a 
środowiskiem. 

 
Genotyp – całość informacji genetycznej organizmu, w odróżnieniu od całości cech fizycznych (fenotyp). 
 
Cechy  mendlowskie  –  monogenowe,  np.  polidaktylia  (dodatkowy  palec);  wieloczynnikowe,  poddawane 

działaniu środowiska np. kolor włosów. 

 
Fenokopia – cecha warunkowana środowiskowo a sprawiająca wrażenie dziedzicznej. 
 
Wnioski z eksperymentów (pięciornik – Potentilla glandulosa, szczepy szczurów) : 

 

dany genotyp wykształca różne fenotypy w różnych środowiskach, 

 

różnice fenotypowe pomiędzy dwoma genotypami zmieniają się wraz ze środowiskiem. Genotyp, który 

jest najlepiej przystosowany (fitness) w jednym środowisku, nie musi być najlepszy w innym. 

 

Genotyp  nie  określa  jednoznacznie  fenotypu.  Raczej  genotyp  determinuje  zakres  fenotypów  jakie  może 

wykształcić. Jest to NORMA REAKCJI genotypu. 
 
Determinizm genetyczny – „jesteśmy naszymi genami”; cecha dziedziczna jest niezmienna a jej pojawienie jest 

nieuchronne; idea, która może być niebezpieczna; 

 

Np.,  mutacje  w  genie  BRCA1  powodują  ok.  5%  wszystkich  przypadków  nowotworu  piersi. 
Prawdopodobieństwo wystąpienia choroby u kobiet: 

 

- z Żydowskich rodzin wschodnioeuropejskich – 86% 

 

- z innych grup etnicznych – 45% 

 
Typ dziki – normalny, osobnik zdrowy, występujący licznie w danym środowisku; 
Ryzyko tła – typ dziki bez wpływu szkodliwego środowiska, występuje 1.0 możliwości ryzyka zachorowania; 
Wariant – ze szkodliwą mutacją; 
 
Gregor Mendel:  

- Badania odmian grochu od 1856r. 
- publikacja wyników w 1866r. 

Rok 1900 De Vries – Holandia 
 

Correns – Niemcy 

 

Tschermak – Austria 

 
Podstawowe prawa dziedziczności, bo stosują się do wszystkich organizmów diploidalnych: 

I. 

segregacji (czystości gamet) 

II. 

niezależnego dziedziczenia 

 
Linia czysta – linia homozygotyczna, w której obrębie nie występuje rozszczepienie cech. 

Uczelnia bli

żej Ciebie 

background image

str. 2 

 

 
Homozygota – 2 allele identyczne 
Heterozygota – 2 allele inne 
P

1

:  

RRYY  ×     rryy 

F

1

RrYy 

 

 

 

 

F

1

RrYy 

×     RrYy 

 

1/16 homozygota recesywna 

F

2

9:3:3:1 

 
MEJOZA: 

1.  wczesna profaza I – nici chromatyny stają się coraz grubsze, tworzą się chromosomy 
2.  późna  profaza  I  –  pojawia  się  wrzeciono  podziałowe,  widoczne  chromosomy,  fragmentacja  błony, 

kondensacja chromosomów 

3.  metafaza I – chromosomy homologiczne układają się równikowo (równoleżnikowo) 
4.  anafaza I – migracja chromosomów 
5.  telofaza I – częściowo odbudowuje się błona, podział komórek 

II MEJOZA = MITOZA 

1.  profaza II – wrzeciono podziałowe, fragmentacja błony jądrowej 
2.  metafaza II – chromosomy układają się równoleżnikowo 
3.  anafaza II – migracja do biegunów 
4.  telofaza II – odbudowanie błony komórkowej, zanik wrzeciona 

↓ 

4 komórki potomne nieidentyczne 
 
Mejoza: 
I – podział redukcyjny komórki diploidalnej → powstają 2 komórki haploidalne 
II – podział mitotyczny → powstają 4 komórki haploidalne (w sumie) 
 

Mitoza 

- 1 podział 
- 2 komórki potomne w cyklu podziałowym 
- komórki potomne genetycznie identyczne 
- liczba chromosomów jest diploidalna (2n) 
- w komórkach somatycznych 
- przez cały okres życia 
- rozmnażanie bezpłciowe, do wzrostu i naprawy 
(regeneracji) 

Mejoza 

- 2 podziały 
- 4 komórki potomne 
- komórki potomne genetycznie różne 
- n 
- w komórkach linii zarodkowej 
- u ludzi po osiągnięciu dojrzałości płciowej 
- rozmnażanie płciowe 

 
Cykl komórkowy: 

1.  Interfaza: 

G

1

 – odbudowywane struktury komórkowe; może przejść w fazę G

0

 

S – replikacja 
G

2

 – komórka przygotowuje się do podziału 

 
Niezależna segregacja 
Z 2 alleli do gamet trafia tylko jeden, dzieje się to losowo, więc nie wiadomo który 
 
I Prawo Mendla – segregacja genów (czystości gamet) 
II Prawo Mendla – niezależnego dziedziczenia 
 

- różne cechy dzielą się niezależnie gdy znajdują się na różnych chromosomach 

 

Oddziaływania alleliczne 

Dominacja – efekt funkcjonalny bądź fizjologiczny 

 

Rośliny  wysokie  –  ekspresja genu umożliwiającego produkcję gibereliny (hormonu wpływającego na 

wydłużanie łodygi) 

 

Nasiona gładkie – ekspresja genu kodującego białko łączące cukry proste w rozgałęzione polisacharydy 

(skrobia), efekt to wiązanie wody 

background image

str. 3 

 

 
Dominacja niezupełna 

 

fenotyp heterozygoty jest pośredni (brak dominacji) 

 

np.  w  rodzinnej  hipercholesterolemii  (FH),  brak  receptorów  na  komórkach  wątroby,  które  wiążą 

cholesterol z krwi 

 

jednak  w  chorobie  Tay-Sachsa  (degeneracja  systemu  nerwowego)  dominacja  niezupełna  wyraża  się 

tylko na poziomie molekularnym; połowa normalnej ilości enzymu wystarczy by być zdrowym 

 
Kodominacja  

 

dziedziczenie grup krwi 

 

determinanty antygenowe: A – N-acetylogalaktozoamina 

  B – D-glukoza  

 

produkty genów ABO to glikozylotransferazy 

aa   

 

 

 

 

AA 

fenotyp 

 

 

 

 

fenotyp 

 

 

 

Aa 

 

 

Aa 

 

Aa 

 

 

Dominacja niekompletna   

d.kompletna 

naddominacja 

 

 

 

 

 

 

 

- np. anemia sierpowata 

 

 

 

 

 

 

 

- odnosi się do wart. Przystosowawczej 

 

 

 

 

 

 

 

- zamiast glutaminy jest valina 

heterozygota 

fenotypowo 

jest 

(korzystniejsza) faworyzowana 

 

Wykład II   9.10.07r. 

KODOMINACJA – obydwa allele są równocenne, heterozygota ma fenotyp różny od fenotypów aa, AA, ale nie 
pośredni, np. grupa krwi AB 
 
Czynniki zmieniające fenotypowe cechy mendlowskie: 

Zjawisko 

- allele letalne 
- allele wielokrotne 
- dominacja niekompletna 
- kodominacja 
- epistaza 
- penetracja 
- ekspresywność 
- plejotropia 
- fenokopia 
- różnorodność genetyczna 

Efekt fenotypowy 

klasa fenotypowa ginie 
wiele wariantów fenotypu 
fenotyp heterozygoty pośredni 
fenotyp heterozygoty różny, ale nie pośredni 
gen maskuje efekt innego 
genotyp nie zawsze kształtuje typowy fenotyp 
różna intensywność fenotypu 
wiele symptomów fenotypu 
symptomy środowiskowe przypominają genetyczne 
różne genotypy a ten sam fenotyp 

Przykład 

poronienie 
ABO 
FH (cholesterolemia) 
ABO 
Bombay 
polidaktylia 
polidaktylia 
fenyloketonuria 
infekcje 
upośledzenie słuchu 

 
Geny  letalne  –  warunkują  nieprawidłowości  rozwojowe  i  zakłócenia  procesów  fizjologicznych;  śmiertelność 
ponad 90% 
Semiletalne – śmiertelność 50-90% 
Subwitalne – śmiertelność 10-50% 
 
 

Y/+ 

× 

Y/+ 

Y/Y 

Y/+ 

Y/+ 

+/+ 

Ginie 

żółta 

żółta 

szara 

25% 

25% 

25% 

25% 

 
Allele wielokrotne 
Np. Allele warunkujące grupy krwi 

allele 

Rodzaje genotypów 

 

Rodzaje homozygot 

Rodzaje heterozygot 

 

background image

str. 4 

 

Dawca 

Biorca 

 

 

AB 

I

A

I

A

 (AA) 

I

A

i    (A0) 

agl. 

agl. 

I

B

I

(BB) 

I

B

i    (B0) 

agl. 

agl. 

AB 

I

A

I

B

 (AB) 

agl. 

agl. 

i

0

i

0    

 (00) 

 
Układ grupowy Rh 
Antygeny Rh są kodowane przez geny: 
 

RHD antygen D 

 

RHCE antygen C/c   E/e  (zlokalizowane na jednym polipeptydzie) 

Osoby RhD

+

 stanowią 85% populacji kaukaskiej (białej) 

RHD 

RHCE 

Osoby RhD

-

 stanowią 15% populacji kaukaskiej 

 

RHCE 

U Rh

-

 Japończyków i Afrykańczyków gen RHD obecny, ale nieaktywny (zmieniony). 

 
Choroba hemolityczna noworodków: 
- niezgodność Rh 
 

Jeżeli matka jest Rh(-) a płód Rh(+), komórki płodu mogą stymulować syntezę matczynych przeciwciał 

anty-Rh (D); częstość niezgodności – 10% ciąż, ale tylko 2-5% potomstwa ma anemię hemolityczną. 
- niezgodność ABO 
 

matka    A  

ojciec     B, AB 

 

 

 

A, AB 

 

 

 

A, B, AB 

Przeciwciała anty-A i anty-B → immunoglobuliny M (IgM), nie przekraczają bariery łożyska 
Przeciwciała anty-D → IgG łatwo przechodzą przez łożysko 
 

Epistaza – fenotyp Bombay 
Jeden gen wpływa na ekspresję innego 
 

 

 

 

       antygen H (część cukru) 

Allel H → enzym transferaza                     + 
 

 

 

 

       Glikoproteina (na powierzchni komórki) = glikoproteina H 

 
 

 

 

 

      antygen H 

allel h → enzym nieaktywny 
 

 

 

 

     glikoproteina 

 
 

 

0         nie zmienione 

glikoproteina H       A    Antygen A 

 

genotyp hh → grupa 0 

 

 

  B      Antygen B 

 
Penetracja i ekspresywność 
Np. polidaktylia 

 

penetracja – ekspresja genotypu w kategorii „wszystko albo nic” (1 dodatkowy palec) 

 

ekspresywność – zmienna intensywność cechy fenotypowej (dodatkowy palec może być na więcej niż 1 

kończynie) 

Penetracja i ekspresywność dominującego genu lobe u D. melanogaster 
Penetracja wynosi 75% 
 
Plejotropia 

 

defekt któregoś genu powoduje zablokowanie powstania produktu 

 

jeden gen wywiera szereg efektów fenotypowych 

 

background image

str. 5 

 

Gen A 

Gen B   

Gen C 

 
 
 

Enzym A 

Enzym B 

Enzym C 

 
 
Substrat 

 

Produkt A 

 

Produkt B 

 

Produkt C 

 

Plejotropia rzekoma  – złożony fenotyp nie wynika z podstaw genetycznych, jest to cecha pozorna np. szurpata 
kura. 
Efekty plejotropowe: 
- alkaptonuria – ciemnienie moczu, paznokci, skóry 
- fenyloketonuria 
 
 
 
 
 

 

 

białka pokarmowe 

 

 

    

hydroksylaza fenyloalaniny 

tyrozynaza 

fenyloalanina 

 

 

 

tyrozyna  

      melaniny 

 

 

 

 

 

 

 

jodo- i dwujodotyrozyna 

 

 

 

 

 

oksydaza 

 

 

 

 

parahydroksyfenylo- 

hipotetyczny enzym 

kw. fenylopirogronowy                    

pirogronianowa   

        sprzęgający jod 

 

 

 

 

 

 

 

tyroksyna 

 

 

 

 

kw. homogentyzynowy 

trójjodotyronina 

 

 

 

 

 

 

 

 

oksydaza alkaptonu 

 

 

 

kw. homogentyzynowego 

 
 

 

 

 

 

CO

2

, H

2

 
 

fenyloketonuria   

 

albinizm 

fenyloalanina 

 

 

 

tyrozyna  

 

melaniny 

 
 

 

tyrozynaza=tyrozynemia   

hipotyreoza=kretynizm 

 
 

kw. homogentyzynowy 

 

 

tyroksyna, trójjodotyronina 

 

 

alkaptonuria 

 
 

     CO

2

, H

2

 
Formy współdziałania genów nieallelicznych: 

1)  epistaza 
2)  komplementarność 
3)  oddziaływania modyfikatorowe (+/-) 
4)  oddziaływania poligonowe 

 
Test komplementacji (czy cechy recesywne są alleliczne) 
 

a

1

a

1

 

× 

a

2

a

2            ;

 

aaBB 

× 

AAbb 

F

1

 

 

a

1

a

2

 

 

 

 

AaBb 

Fenotyp  

mutant   

 

 

typ dziki → wtedy cecha recesywna nie jest alleliczna 

background image

str. 6 

 

Wniosek 

1 locus   

 

 

2 loci 

 
Odstępstwa od klasycznego stosunku rozszczepień w F

2

 (9:3:3:1) 

Przewidywane stosunki fenotypowe w F

2

 

 

(3:1)

n

    

n - l. genów 

(3:1)

2

 = (3:1)(3:1) = 9:3:3:1 

P w pełni heterozygotyczni: liczba rodzajów gamet       – 2

n

 

 

 

 

    liczba klas genotypowych – 3

n

 

 

 

 

    liczba klas fenotypowych – 2

n

 

 

AB 

Ab 

aB 

ab 

AB 

AABB 

AABb 

AaBB 

AaBb 

Ab 

AABb 

AAbb 

AaBb 

Aabb 

aB 

AaBB 

AaBb 
10 

aaBB 
11 

aaBb 
12 

ab 

AaBb 
13 

Aabb 
14 

aaBb 
15 

Aabb 
16 

 
9 : 3 : 4 
Gen pary A, jeżeli jest homozygotycznie recesywny, jest epistatyczny do genu pary B. 
Przykład – umaszczenie sierści myszy 
A: kolor dominuje nad albinos 
B: agouti dominuje nad czarnym 
9/16 agouti A_B_ (1,2,3,4,5,7,9,10,13) 
3/16 czarny A_bb (6,8,14) 
4/16 albinos aa__ (11,12,15,16) 
Interakcja: homozygotyczny albinos jest epistatyczny do agouti i czarnego. 
 
9 : 7 
Którykolwiek z genów, homozygotycznie recesywny jest epistatyczny do pozostałego genu. 
Przykład – kolor kwiatów słodkiego groszku 
A: fiolet dominuje nad białym 
B: kolor dominuje nad brakiem koloru (biel) 
9/16 fiolet A_B_ (1,2,3,4,5,7,9,10,13) 
7/16 biały aa__ (6,8,11,12,14) 
 

    __bb (15,16) 

Interakcja: efektem homozygoty recesywnej w genie A bądź B jest kolor biały. 
 
12 : 3 : 1 
Dominujący gen A epistatyczny do genu B. 
Przykład – kolor owocu dyni 
A: biel dominuje nad kolorem 
B: żółty dominuje nad zielonym 
12/16 biały A___ (1-10,13,14) 
3/16 żółty aaB_ (11,12,15) 
1/16 zielony aabb (16) 
Interakcja: dominujący biały maskuje efekt żółci lub zieleni. 
 
15 : 1 
Którykolwiek gen dominujący, epistatyczny do pozostałego genu. 
Przykład – kształt torebek nasiennych tasznika pospolitego 
A: trójkątny dominuje 
B: trójkątny dominuje 
15/16 trójkątny (1-15) 

background image

str. 7 

 

1/16 owal aabb (16) 
Interakcja: allel dominujący w parze A lub B maskuje efekt owalu. 
 
13 : 3 
Dominujący gen A epistatyczny do genu B, który jeżeli homozygotycznie recesywny, epistatyczny do genu A. 
Przykład – kolor piór u drobiu 
A: inhibicja dominuje nad kolorem 
B: kolor dominuje nad bielą 
13/16 biel A___ (1-10, 13,14,16) 
 

   __bb  

3/16 kolor aaB_ (11,12,15) 
Interakcja:  dominujący  inhibitor  maskuje  kolor  nawet  gdyby  mógł  on  się  ujawnić,  gen  koloru  gdy 
homozygotycznie recesywny, uniemożliwia ujawnienie się koloru nawet gdyby brak inhibitora. 
 
9 : 6 : 1 
Współdziałanie między dwoma dominantami w celu wytworzenia nowego fenotypu. 
Przykład – kształt owocu dyni 
A: kształt kulisty dominuje nad podłużnym 
B: --------//--------- 
9/16 dysk A_B_ (1-5, 7,9,10,13) 
6/16 kula A_bb (6,8,11,12,14,15) 
 

  aaB_ 

1/16 podłużny aabb (16) 
Interakcja: allele dominujące genów A i B razem tworzą kształt dyskoidalny. 
 

Gen lub genotyp 

epistatyczny 

Gen hipostatyczny 

Nazwa epistazy 

Rozszczepienie w F

2

 

aa 

 

 

bb 

 

aa 

bb 

 


B oraz b 

 

B oraz b 

 

B oraz b 
A oraz a 

 

B oraz b 
A oraz a 

 

B oraz b 
A oraz a 

recesywna 
 
dominacyjna 
 
dominacyjno –  
recesywna 
 
podwójnie 
recesywna 
 
podwójnie 
dominacyjna 

9:3:4 

 

12:3:1 

 

13:3 

 
 

9:7 

 
 

15:1 

 
Kompleksowy przykład współdziałania genów: umaszczenie ssaków 
 

 

warstwa komórek przezroczystych 

 

 

 
rdzeń, komórki brylaste 

 

 

kora, komórki wrzecionowate 

 
Melaniny: 1) eumelaniny – brązowe lub czarne, pochodne DOPA-chromu 
 

    2) feomelaniny – żółte lub czerwone, pochodne cysteinylo-DOPA-chinonu 

Melaniny są wytwarzane pod kontrolą genetyczną w melanocytach. 
 
Geny specyficznie aktywowane w melanocytach: 

a)  locus  E  (extension)  –  koduje  białko  błonowe  melanocytów  będące  receptorem  MSH  (hormon 

melanotropowy; produkt przysadki) 

b)  locus C (albino) – koduje enzym tyrozynazę, katalizujący wytwarzanie melanin; ekspresja pod kontrolą 

MSH; wysoki poziom tyrozynazy → eumelaniny; niski → feomelaniny. Mutacje: np. u królików seria 
alleli  wielokrotnych  c  (albinizm)  –  enzym nieaktywny,  brak  wytwarzania  pigmentu;  c

h

  (himalajski) – 

background image

str. 8 

 

stanowi o zmianie w glikozylacji, co wywołuje efekt termowrażliwości, końce ciała są ciemniejsze; c

ch

 

(szynszyl) – stanowi o uwrażliwieniu tyrozynazy na inaktywację proteolityczną co osłabia katalizę; 

c)  locus  B  (brown)  –  ma  strukturę  podobną  do  locus  C  i  koduje  białko  o  cechach  tyrozynazy;  allel 

zmutowany (mutacja zmiany sensu: Cys→Tyr) powoduje wytwarzanie brązowej eumelaniny; 

d)  locus  D  (dilute)  –  koduje  strukturalne  białko  dendrytów  melanocytu,  allel  zmutowany  determinuje 

słabszy  rozwój  dendrytów,  taki  melanocyt  zaopatruje  komórki  włosa  mniejszą  ilość  cząsteczek 
pigmentu, co daje rozjaśnienie barwy 

Gen specyficznie aktywowany w komórkach mieszka włosowego w sąsiedztwie melanocytów: 

a)  locus  A  (agouti)  –  koduje  białko  wydzielane  na  zewnątrz,  będące  antagonistą  MSH  co  do  receptora 

MSH  błony  melanocytów.  Allel  A

+

  podlega  przerywanej  ekspresji,  co  owocuje  zmianami  poziomu 

tyrozynazy w melanocytach, które wytwarzają zatem na przemian eu- i feomelaniny, co daje strefowość 
barwy pojedynczego włosa 

Inne geny: 

a)  locus  P (plebald) – gen środkowego ubarwienia i  locus Vitiligo – gen nabytego  bielactwa kontrolują 

liczbę i rozmieszczenie melanocytów w skórze właściwej 

geny kontrolujące wędrówkę melanocytów 
geny kodujące inne niż tyrozynaza enzymy katalizujące syntezę pigmentów itd. 
 
 

locus 

allele 

fenotyp 

A

A

w

 


A

Y

 

a

t

 

agouti 
agouti z białym brzuchem 
non-agouti (jednolite) 
żółty, zarodek zamiera 
czarny podpalony 


agouti z A

+

, czarny z aa, cynamonowy z A

+

bb 

brązowy z aabb 



c

h

 

barwny 
bezbarwny (cc=albinos) 
himalajski 

D (D1) 
d (D2) 

pełna ekspresja barwy 
barwa „rozcieńczona” 


nie plamisty 
plamisty 

Wykład III   16.10.07r. 

 
Eksperymenty Johannsena z fasolą 
Cechy monogenowe są wyrażone fenotypowo bardzo wyraźnie, cech takich jest niewiele. 
 
Dziedziczenie poligenowe 
Np. dziedziczenie barwy ziaren pszenicy 
 
białe    

 

 – aabbcc 

jasno-czerwone   

 – Aabbcc 

czerwone  

 

 – AABBcc 

ciemno – czerwone 

 – AABBCC 

 

białe × jasno czerwone 

białe × czerwone 

białe × ciemno czerwone 

   F

1

:            pośrednie 

jasno czerwone 

pośrednie 

F

2

: białe, pośrednie, j. czerwone 

1 : 2 : 1 

5 klas 

1 : 4 : 6 : 4 : 1 

7 klas 

1 : 6 : 15 : 20 : 15 : 6 : 1 

 
Zmienność barwy oka – model dwugenowy tłumaczy istnienie pięciu kolorów oka u ludzi; 
Zmienność koloru skóry – model trójgenowy. 
 
Transgresja (+/-) 

background image

str. 9 

 

Przekraczanie zakresu zmienności form rodzicielskich przez potomstwo. 
Np. (+) Aabbcc × aabbCc 
 

F

1

: AabbCc 

- wtedy ciemniejszy niż rodzice 

       (-) Aabbcc × aabbCc 
 

F

1

: aabbcc 

- wtedy jaśniejszy niż rodzice 

 
Wariancja ogólna (cechy) 
 

V

PH 

= V

E

 + V

GE

 + V

GA

 + V

GD

 + V

GI

 

 

V

PH

 = V

E

 + V

G

 

V

E

 – wariancja środowiskowa (składnik niegenetyczny) 

V

GE

 – interakcja genotyp - środowisko 

V

GA

 – genetyczny składnik addytywny 

V

GD

 – genetyczny składnik dominujący 

V

GI

 – interakcja między genami (epistaza) 

 
Odziedziczalność ogólna 

 

Odziedziczalność w wąskim sensie 
(addytywny komponent wariancji genetycznej, V

GA

 = V

A

 przechodzącej bez zmian na potomstwo) 

 

Mierzenie odziedziczalności (kontrolowana hodowla) 
Linie wsobne homozygotyczne P

1

 × P

2

 = F

1

 jednorodne genetycznie V

PH

 = V

E

 

 

W F

2

 pełny zakres zmienności genetycznej 

 

 

 

Przykład: 
Przeciętna wariancja wewnątrz każdej z dwóch odmian rodzicielskich i potomstwa F

1

 jest np. 8,76 

V

E

 = 8,76 

W F

2

 całkowita wariancja fenotypowa V

PH

 = 40,96 

ponieważ V

PH

 = V

G

 + V

V

G

 = V

PH

 – V

E

 = 40,96 – 8,76 = 32,20 

Odziedziczalność tej cechy 

 

 
Metoda bliźniąt 
V

I

 – wariancja fenotypowa u bliźniąt jednojajowych 

V

F

 – wariancja fenotypowa u bliźniąt dwujajowych 

V

I

 = V

E

 bo bliźnięta identyczne 

V

F

 = 1/2V

G

 + V

E

 

V

F

 – V

I

 = 1/2V

G

 + V

E

 – V

E

 = 1/2V

 

Odziedziczalność  między  proporcją  wariancji  fenotypowej  pomiędzy  osobnikami,  która  zależy  od  wariancji 
genetycznej. 

background image

str. 10 

 

Współczynnik  korelacji  –  proporcje  genów  wspólnych  dla  dwóch  osobników  w  określonym  stopniu 
spokrewnionych. 
Odpowiedź na selekcję jako funkcja odziedziczalności. 
 
Determinacja płci – dziedziczenie cech sprzężonych z płcią 
 

Poziom chromosomowy 

 

autosomy i chromosomy płci 

Henking 1891; ciałko X 

 

płeć homo – i hetero gametyczna 

 
♀ 

♂ 

komórka jajowa  plemniki 

 

XX 

X0 

X +   - 

Np. wiele Ortoptera i Hemiptera 

XX 

XY 

X +   Y 

 

ZW  ZZ 

Z +   W 

Motyle, niektóre ryby, ptaki, gady 

Bryophyta 

Homogametyczna – 1 rodzaj gamet 
Heterogametyczna – 2 rodzaje gamet 
 
 

Poziom genowy 

Asparagus officinalis – dwupienna, rośliny męskie i żeńskie w równych ilościach, sygnał jednopienności 
 

 

        - w kwiatach słupkowych zawiązki pręcików 

 

 

        - w kwiatach pręcikowych zawiązki słupków (wyjątek nasiona) 

Serie 198 wyjątkowych nasion dała 155 męskich i 43 żeńskich (3 : 1) 
Hipoteza: para alleli, męski dominujący 
P:  

Aa × Aa 

Wyjątkowe nasiona ¼ AA ; 2/4 Aa ; ¼ aa 
 

 

 

3 męskie : 1 żeńskie 

Falsyfikacja hipotezy: krzyżówka – rośliny męskie z wyjątkowych nasion × żeńskie 
 

 

 

W F

1

 otrzymano 2/3 męskich i 1/3 żeńskich 

Interpretacja zgodna z hipotezą 
 

 

1/3 AA × aa →1∕3 Aa (męskie) 

 

 

2∕3 Aa × aa → 1∕3 Aa (męskie) i 1∕3 aa(żeńskie) 

 
Bonellia viridis (Echiuroidae) 
 

~90% larw niezdeterminowanych płciowo 

 

Płeć męska na skutek:       - zetknięcia się larwy z ryjkiem samicy 

 

 

 

 

- obecności w wodzie homogenatu ryjków samic 

 

 

 

 

- dodatku jonów K i Cu 

 

 

 

 

- ubytku jonów Mg i SO

4

 

 

W innych przypadkach: płeć żeńska 

Wniosek: płeć męska pod wpływem nieswoistego zahamowania ekspresji genów determinujących płeć żeńską. 
 
Habrobracon (Hymenoptera) 
 

Seria alleli wielokrotnych: xa, xb, xc, xd, … 

 

 

np. xa, xaxa- samiec 

 

 

      xaxd, xbxd – samica 

Wniosek: dopełniające się działanie różnych alleli szeregu x → płeć żeńska 
 
Gynandroidy 
 

Samica xaxb; kom. jajowa: xa 

xb 

 

Wyjątkowo dwujądrowa kom. jajowa: xaxb po I podziale → xa 

xb 

 

xa – męski, xb – męski, xaxb – żeński 

D. melanogaster – płeć jako kontinuum 
X/A 

przykłady 

fenotyp ogólny 

background image

str. 11 

 

>1 
 
 

 
>0,5<1 
 
 
0,5 
 
 
<0,5 
 

XXXA 
XXXXAAA 
 
XXAA 
 
XXXAAAA 
XXAAA 
 
XYAA 
X0AA 
 
XYAAA 
XYAAAA 

metasamica 
 
 
samica 
 
interseks 
 
 
samiec 
samiec sterylny 
 
metasamiec 

 
U ssaków płeć determinowana jest przez obecność chromosomu Y! 
 

Nondysjunkcja u ludzi i myszy: heterozygoty X0/2A  z jajnikami żeńskimi 

 

 

 

 

 

 

   XXY/2A z jądrami męskimi 

 
Dziedziczenie(Sxr) sex reversed u myszy, jeśli dołączy się do X, to odwraca płeć, staje się osobnikiem męskim, 
ale jest bezpłodny. 
 
Chromosom Y, ma rejony odpowiedzialne za: 

- SRY – płeć, 
- tworzenie emalii zębów   

krótkie ramię 

- rozwój kości 
- spermatogenezę  

 

długie ramię 

a) Na większości  chromosomu Y nie zachodzi rekombinacja, jednak posiada dwa rejony PAR1 i PAR2, które 
rekombinują z X zwane są rejonami pseudoautosomalnymi. PAR1 na krótkim ramieniu, PAR2 na długim (na 
ich zakończeniach). 
b) Granica głównego regionu pseudoautosomalnego przebiega przez gen kodujący proteinę układu grupowego 
krwi XG (na chromosomie X) 
c) Gen SRY koduje białko, tzw. „czynnik transkrypcyjny”, który reguluje ekspresję innych genów. 
d) Chromosom Y jest wysoce repetytywny. 
e) 5% chromosomu Y stanowią regiony pseudoautosomalne 
    95% to region specyficzny dla ♂ tzw. MSY (koduje 27 białek), z czego 
 

→ 10-15% stanowią sekwencje w 99% identyczne z odpowiednikami na X 

 

→ 20% sekwencje zdegenerowane o pewnym podobieństwie do X 

 

→ pozostałe sekwencje stanowią liczne PALINDROMY, np. „Madam, I’m Adam” 

f) hemizygota – osobnik męski XY, bo ma geny zlokalizowane na jednym chromosomie (X) 
 
Ewolucja chromosomów płci ssaków rozpoczęła się najprawdopodobniej od pary autosomów. 
 
 
 
 
 

Wykład IV   30.10.07r. 

 
Człowiek – poziomy płciowości   

 

 

 

hormony 

 

induktory w kom.         niezróżnicowane 

 

gonady   

 

przewody rozrodcze 

 

embrionalnych                    gonady  

 

 

 

 

i zew. genitalia 

XX 

 

 

          część korowa 

 

jajniki   

żeńskie 

XY 

 

 

          część rdzeniowa 

 

jądra 

 

męskie 

płeć genetyczna   

 

 

 

    płeć gonadowa  

płeć genitalna 

 
 

 

 

 

 

 

II-rzędowe cechy  

 

wychowanie 

background image

str. 12 

 

 

 

 

 

 

     

   Płciowe 

 

 

w rodzinie 

 

 

 

 

 

 

 

żeńskie   

 

kobieta 

 

 

 

 

 

 

 

męskie   

 

mężczyzna 

 

 

 

 

 

 

płeć somatyczna   

płeć socjo-psychologiczna 

 
Do 5 tygodnia ciąży nie wiemy jaka jest płeć (rozwijają się jednocześnie przewody Wolfa♂ i Millera♀). Jeżeli 
obecny jest Y, to zanika przewód Millera w 6 tygodniu i rozwija się płeć ♂, jeżeli nie ma Y, to zanika przewód 
Wolfa i rozwija się płeć ♀. 
 
SRY (aktywny) 
 
jądra 
 

 

hormon antymillerowski   

niszczy przewody Millera,które mogłyby się rozwinąć w ♀ 

komórki śródmiąższowe 
produkują testosteron, gdy 
produkcja zostaje zablokowana, 

 

testosteron 

 

 

 

DHT 

to jest osobnikiem pseudoherma-   

 

 

 

 

 

dihydrotestosteron 

frodytycznym (II-rzędowe cechy   

 

 

wrodzona hyperplazja 

płciowe mogą być żeńskie) 

 

błona   

nadnerczy (nie produkuje 

 

 

 

 

 

plazmatyczna 

 

DHT) 

 

 

 

 

 

(przechodzi) 

 

 

 

receptory 

 
 

 

 

 

na chromosomie X są 

 

 

 

 

receptory, z którymi 

 

 

 

 

łączy się testosteron 

 

 

zew. struktury męskie 

 
Syndrom niewrażliwości na androgeny (uszkodzenie genu kodującego receptory), struktury wewnętrzne męskie 
nie są wytwarzane (pęcherzyki, przewody, itd.) 
 

Spermatogeneza 
spermatangium (2n) → mitoza → pierwotny spermatocyt (2n) → mejoza I → wtórne spermatocyty (n) (dwa) → 

mejozaII → 4 spermatydy (n) → plemniki (n) 

 
Oogeneza 
oogonium (2n) → mitoza → pierwotny oocyt (2n) → mejoza I →1) ciałko biegunowe (może zaniknąć) →  
 

   

 

 

 

 

 

       2)  wtórny  oocyt  (n),  większa  komórka  → 

mejoza II → a) komórka jajowa (n) → dojrzałe jajo (n) 

 

   

      b) ciałko biegunowe II rzędu (n) ginie 

 
Zapłodnione jajo daje początek komórkom  macierzystym, a z nich rozwijają się inne komórki, np. szlak kom. 

skóry, kom. nerwowe, łojowe; drugi szlak tworzy tkanki łączne (krew, tk. łączną, tk. kostną). 

 
Kompensacja dawki 
 

- Np. kotka szyldkretowa 

 

- inaktywację chromosomu X kontroluje gen XIST (jednego w organizmie kobiety) 

 

- transkrypcja dużej ilości RNA, który pokrywa chromosom, modyfikując DNA i związane z nim białka 

 

- 15% genów pozostaje aktywnych (rejony PAR); (pseudoautosomalny rejon) 

 

- 75% genów jest permanentnie wyłączonych 

 

- 10% genów ulega ekspresji w niektórych inaktywowanych X 

 
Ciałko Baara – wyłączony chromosom 
 
Piętno genomowe (imprinting) 
 

1% genów ludzkich; zjawisko epigenetyczne (zew.) – wiązanie grup metylowych 

background image

str. 13 

 

 

Zaburzenia piętnowania → ok. 30 dolegliwości 

 
 

Syndrom Prader – Willie’go: 

 

wyłącznie ekspresja regionu chromosomu 15, matczynego 

 

małe dłonie i stopy, nie osiąga dojrzałości płciowej 

Syndrom Angelmana: 

 

ekspresja genu(-ów) ojcowskiego na chromosomie 15; brak genu matczynego 

 

opóźnienie umysłowe, słaba koordynacja mięśni, konwulsje 

 
Przyczyna niekompletnej penetracji? 
 

W pewnym momencie następuje usunięcie piętna i w gametach pojawia się od nowa  – zachowanie w 

kolejnych pokoleniach. 
 

 

 

 

sprzężone z płcią 

 

 

 

 

zależne od płci 

geny związane z płcią 

 

ograniczone przez płeć 

 

 

 

 

niekompletnie sprzężone z płcią 

 
geny na heterochromosomie Y – holandryczne 
 
 

geny zależne od płci 

np. człowiek   

 

 
Wniosek: dominacja w parze alleli zależy od płci. 
 
 

Geny ograniczone przez płeć 

np. kury domowe 
 

♀ 

♂ 

HH 
Hh 
hh 

upierzenie kurze 
upierzenie kurze 
upierzenie kurze 

upierzenie kurze 
upierzenie kurze 
upierzenie kogucie 

 
Usunięcie gonad → upierzenie kogucie po najbliższym pierzeniu 
Gen H → upierzenie kurze w obecności hormonów ♀ lub ♂ 
 

upierzenie kogucie przy braku tych hormonów 

gen h → upierzenie kogucie przy braku hormonu ♀ 
 

upierzenie kurze przy obecności hormonu ♀ 

 
Wniosek: ekspresja fenotypowa zdeterminowana obecnością lub brakiem jednego z hormonów płciowych. 
 
 

Geny sprzężone z płcią 

- gen na chromosomie X 
- 3 typy komórek siatkówki (stożkowych) zawierają różne fotopigmenty, złożone z części będącej pochodną wit. 
A i części białkowej – opsyny 

 

Mechanizm powstawania ślepoty na barwy (daltonizm): 
 

Na  chromosomach  znajdują  się  geny  czerwonej  i  zielonej  opsyny,  niesymetryczne  ułożenie 

chromosomów  podczas  crossing-over  prowadzi  do  tego,  iż  na  jednym  z  chromosomów  występują  dwa  geny 
czerwonej i jeden zielonej opsyny, a na drugim chromosomie tylko gen zielonej opsyny. 
deuterotopia – ślepota na barwę zieloną (daltonizm); (średnie długości fal) 
protanopia 
– ślepota na barwę czerwoną (długie fale) 
 

 

♀ 

♂ 

BB 
Bb 
bb 

łysa 
nie łysa 
nie łysa 

łysy 
łysy 
nie łysy 

background image

str. 14 

 

Cechy mitochondrialnego DNA: 

  brak crossing-over 

  brak naprawy DNA 

 

dziedziczenie matczyne (tylko kom. jajowa ma wystarczającą ilość cytoplazmy) 

  wiele kopii w mitochondrium i komórce 

 

narażenie na działanie wolnych rodników 

 

37 genów 

 

brak histonów i intronów 

 

tempo mutacji wielokrotnie większe niż w DNA jądrowym 

 
heteroplazmia – zmienna ekspresywność 

Upośledzenia DNA mitochondrialnego prowadzą przede wszystkim do różnych miopatii, upośledzenia widzenia 

i słyszenia. 

Zdarza się, że nie wszystkie kopie DNA mitochondrialnego znajdującego się  w jednej komórce są identyczne 

(heteroplazmia  –  np.  gdy  mamy  dużo  DNA  w  wyniku  którego  powstaje  jakieś  białko  to  jest  większa 
ekspresywność). 

 
Egipska dynastia Ptolemeuszy – kojarzenie w pokrewieństwie. 
Małżeństwo kuzynów a ryzyko ekspresji alleli recesywnych 
 

A)  dziedziczenie autosomalne dominujące 

cecha przejawia się w każdym pokoleniu 
dotyczy obojga płci i przenoszona przez obie płcie 
np. przodozgryz żuchwowy 

B)  dziedziczenie autosomalne recesywne 

osoby dotknięte dolegliwością mają zwykle zdrowych rodziców 
rodzice osób chorych są zwykle nosicielami 
np. albinizm, alkaptonuria, fenyloketonuria 

C)  dziedziczenie cechy recesywnej sprzężonej z płcią (X) 

dotyczy głównie mężczyzn 
mężczyźni dotknięci dolegliwością mają zwykle zdrowych rodziców 
brak transmisji ♂ → ♂ 
np. hemofilia, daltonizm, dystrofia mięśni Duchenne’a 

D)  dziedziczenie cechy dominującej sprzężonej z płcią (X) 

dotyczy obu płci, ale raczej kobiet niż mężczyzn 
wszystkie córki mężczyzny dotkniętego dolegliwością także cierpią na tę dolegliwość ale synowie nie 
np. krzywica hipofosfatemiczna 

E)  dziedziczenie cechy sprzężonej z chromosomem Y 

dotyczy tylko mężczyzn 
przekazywana przez mężczyznę wszystkim synom 
np. owłosienie uszu 

 

Wykład V   6.11.07r. 

 
Jak się utrwalają nowe mutacje mitochondrialne? 
 

Zapłodniony oocyt – 100000 cząsteczek DNA 

Efekt szyjki butelki – po zapłodnieniu – z wielkiej liczby cząsteczek DNA zostaje niewiele (losowo są gubione). 
Komórki rozwijającego się embrionu – 100 – 500 kopii. 
Segregacja genotypów mitochondrialnych (haplotypów) w matczynej linii zarodkowej 
 
Komplementacja: rodzice a wadą słuchu (cecha autosomalna recesywna) mają normalnie słyszące potomstwo. 
 
Sprzężenie genów 

background image

str. 15 

 

 

Oczekiwane rezultaty krzyżówki dihybrydowej (heterozygot) 9 : 3 : 3 : 1 czy 3 : 1? 

 

Crossing-over wpływa na sprzężenia. 

Sprzężenie  absolutne  – nigdy  nie  zachodzi między  genami  zjawisko  crossing-over  (tylko  gdy  geny  są  bardzo 

blisko siebie). 

Konfiguracja alleli jest istotna.. 
        ●   P  L                ●    P  l 
        ●    p  l                 ●    p  L 
Cis 

   

trans 

 

 

rodzice 1 

rodzice 2 

fenotyp 

Rh

-

, brak anemii 

Rh

+

, anemia 

genotyp 

rree 

RrEe 

konfiguracja 
alleli 

 

 

 

gamety 

plemniki 

częstotliwość  oocyty 

 

rodzicielskie 

re 

48% 
48% 

RE 
re 

Rh

+

, anemia 

Rh

-

, brak anemii 

rekombinanty 

re 

2% 
2% 

Re 
rE 

Rh

+

, brak anemii 

Rh

-

, anemia 

 
Jakie  jest  prawdopodobieństwo,  że  dziecko  rodziców  cierpiących  na  syndrom  braku  paznokci  i  bolesnego 

artretyzmu  będzie  zdrowe  i  z  grupą  krwi  0?  (geny  zlokalizowane  na  chromosomie  9  w  odległości  10 
jednostek mapowych); N – syndrom + 

 

P (dziadkowie) 

♀ syndrom +; A / ♂ zdrowy; 0  ♀ syndrom +; 0 / ♂ zdrowy; B 

 

NI

A

 / ni  cis 

Ni / nI

B

  trans 

 

ojciec 

matka 

fenotyp 

syndrom +; A 

syndrom +; B 

genotyp 

NnI

A

NnI

B

konfiguracja 
alleli 

 

 

rodzicielskie 

NI

A

      45%   plemniki 

ni         45%   plemniki 

Ni       oocyty 
nI

B

      oocyty 

rekombinanty 

Ni        5% 
nI

A     

   5% 

NI

B

 

ni 

 
Dziecko zdrowe / grupa 0 jedynie gdy plemnik ni (częstość 45%) a oocyt ni (częstość 5%). 
Prawdopodobieństwo tego zdarzenia → 2,25% 
0,45 × 0,05 = 0,0225 → 2,25% 
 
Cechy mejotycznego crossing-over: 

1)  rekombinacja wzajemna 
2)  zachodzi między 2 spośród 4 chromatyd 
3)  złożony c – o, może dotyczyć  2 – 4 chromatyd, jeśli podwójny, to: 

 

regresywny – te same dwie chromatydy 

 

progresywny – jedna z chromatyd dwa razy, dwie inne po razie 

 

dygresywny – dwie różne pary chromatyd 

 
Zjawisko crossing-over w odniesieniu do trzech genów 

C

 

brak c-o  

 

C

 

 

 

 

 

 

B

 

pojedynczy c-o   

B

 

 

background image

str. 16 

 

C

 

 

 

 

C

 

 

A

 

pojedynczy c-o   

A

 

 

C

 

 

 

 

C

 

 

A

 

C

 

podwójny c-o 

 

A

 

C

 

w wyniku c-o gen środkowy 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

zmienił swoje miejsce 

B

 

 

 

 

B

 

 

 
Krzyżówka trzypunktowa jako metoda mapowania chromosomów. 
 

Jednostka mapowa (map unit) – 1% rekombinantów 

 

Jednostka Morgana – 100% rekombinantów 

1 m.u. = 1 cM 
 
 

 

♀ 

Y   W   M 

× 

y   w   m  

♂ 

 

 

 

y    w    m 

 

     Y 

 
rodzicielskie 

 

 

Y   W   M 

 

6972 

 

 

 

 

y    w    m 

 
pojedyncze c-o   

 

Y   W   m 

 

3454 

 

 

 

 

y    w    M 

 
pojedyncze c-o   

 

y    W   M 

 

60 

 

 

 

 

Y   w    m 

 
Podwójne c-o 

 

 

y   W    m 

 

 

 

 

 

Y   w    M 

_______________ 

 

 

 

 

 

 

              10495 

w i m 

 → 33% = 33 cM 

y i w  

 → 0,7% = 0,7 cM 

y i m   

 → 33,5% = 33,5 cM 

Częstość rekombinacji może wyrażać szacunek prawdopodobieństwa rekombinacji między niezbyt oddalonymi 

genami. 

Na tej podstawie można określić, czy przypadki rekombinacji wewnątrz chromosomu są wzajemnie niezależne. 
 
Interferencja  

 

 

I = 1 – K 

 

K - współczynnik koincydencji 

 

 

 
m. n. > 45   →  I = 0  (zero) 
E = 0,330 × 0,007 = 0,00231 
O = 9/10495 = 0,00086 
I = 1 – 0,00086/0,00231 = 1 – 0,374 = 0,626 
 
Interferencja ujemna (negatywna) 
 
y/o 

 

pan18   

 

 

trp

+

 

 

 

pan

+

 (pan18 + pan22) -  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

niezmutowany 

y/o

+

 

 

 

 

pan22   

trp 

background image

str. 17 

 

 
region    I 

 

   II 

 

    III 

 

potrójne c-o w regionie I, II, III  → y/o

+

    pan18   pan22    trp

 

 

 

 

       

y/o      pan

+

    trp 

podwójne c-o w regionie I i II →    y/o

+

    pan18    pan22    trp 

 

 

 

 

 

y/o      pan

+

    trp

+

 

podwójne c-o w regionie II i III → y/o

+

    pan

+

     trp 

 

 

 

 

 

y/o     pan18    pan22    trp

+

 

 

Oczekiwane 

Obserwowane 

0,3% 

 

71% 

3,3% 

 

10% 

7,4% 

 

13% 

 
U Neurospora pozycja askospor w worku umożliwia precyzyjną analizę segregacji i rekombinacji genów. 
Preredukcja – segregacja alleli w I podziale mejotycznym. 
Postredukcja –  w II podziale mejotycznym (w przypadku gdy c-o zachodzi między centromerem a pierwszym 

genem). 

Worki  normalne  i  abberacyjne  (  zawartość  alleli  dominujących  i  recesywnych  nie  są  sobie  równe,  np.  6 

dominujących i 2 recesywne) jako rezultat krzyżówki szczepu dzikiego i zmutowanego. 

 
Ogólny model rekombinacji Holliday’a 
 

Tworzenie heterodupleksów DNA. 

 

2 sposoby rozwiązania połączonej struktury: z rekombinacją markerów oskrzydlających lub bez. 

W  wyniku  cięcia  wschód  –  zachód,  pojedynczy  c-o  sprawia  wrażenie  podwójnego  w  wyniku  dezintegracji 

heterodupleksów (środkowy segment wymieniony). 

Symetryczne fragmenty heterodupleksów DNA wewnątrz heterozygotycznego rejonu są warunkiem wstępnym 

KONWERSJI GENÓW. 

Interferencja ujemna jest rezultatem konwersji genów. 
 
Mapowanie genetyczne u ludzi 
Cel: określenie, jak często dwa loci są rozdzielane przez mejotyczną rekombinację. 
LOCI SYNTENICZNE – zlokalizowane na tym samym chromosomie. 
Proporcje rekombinantów w potomstwie stanowi frakcję rekombinacji –θ (theta) 
Frakcja rekombinacji określa dystans genetyczny, który nie jest tożsamy z dystansem fizycznym. 
Frakcja rekombinacji nie przekracza wartości 0,5 , jakkolwiek duży byłby dystans fizyczny. 
Zatem, dla szeregu loci, wartości te nie sumują się wprost, wzdłuż mapy genetycznej. 
Jeżeli  seria  loci  A,  B,  C,  D,  …….  jest  rozmieszczona  w  odstępach  5  cM  na  mapie,  locus  M  może  być  w 

odległości 60 cM od locus A, ale frakcja rekombinacji pomiędzy A i M nie będzie 60%. 

Funkcje  mapowe  (Haldone’a  i  Kosambi’ego)  określają  relacje  między  frakcją  rekombinacji  a  dystansem 

genetycznym. 

Frakcja mapowa Haldone’a 
 

 

W – odległość mapowa; θ – frakcja rekombinacji 
 
Funkcja mapowa z poprawką na interferencję Kosamb’iego 
 

 

 

Wykład VI   13.11.07r. 

 

background image

str. 18 

 

Poziomy precyzji map genetycznych: 
- cytogenetyczna – 5000 kb (5 000 000 zasad) 
- fizyczna – 10 kb 
- genetyczna (sprzężeniowa) – 100 kb 
- sekwencyjna – ostateczna mapa genetyczna 
 
Relacje między dystansem genetycznym a fizycznym w genomie nie jest stała. 
U człowieka, w mejozie u osobnika ♂ zachodzi przeciętnie 49 crossing-over na komórkę. Ponieważ każdy c-o 

daje 50% rekombinantów, całkowita długość męskiej mapy genetycznej wyniosłaby 2450 cM. Aktualna 
wersja Location Database podaje 2851 cM. 

Chiazmy są częstsze w mejozie żeńskiej, a całkowita długość żeńskiej mapy genetycznej wg. Location Database 

wynosi 4296 cM (z wyłączeniem chromosomu X). 

Zatem, w ponad 3000 Mb genomie autosomalnym, 1 męski cM  ~ 1,05 Mb, natomiast 1 żeński cM ~ 0,70 Mb 

Średnio dla obu płci 1 cM = 0,88 Mb 

Największa dysproporcja występuje w regionie pseudoautosomalnym, na końcu krótkich ramion chromosomów 

X i Y. 

U mężczyzn zachodzi obligatoryjny crossing-over w tym 2,6 Mb regionie, tak że jego długość oblicza się na 50 

cM. Czyli dla tego regionu, u mężczyzn 1 Mb = 19 cM, natomiast u kobiet 1 Mb = 2,7 cM. 

Główny  region  pseudoautosomalny  charakteryzuje  wysoka  częstość  rekombinacji  i  istotna  różnica  częstości 

między płciami. 

Wzajemne  relacje  mapy  fizycznej  i  genetycznej  chromosomu  19  człowieka,  oparte  na  180  markerach 

zmapowanych  obu  technikami.  Zwraca uwagę  nierówne natężenie rekombinacji  wzdłuż  chromosomu 
(wzrasta ku telomerom) i u płci (mapa ♀ jest o ok. 10% dłuższa niż ♂). 

U kobiet częściej zachodzi rekombinacja w pobliżu centromeru niż u mężczyzn. 
 
W rodzinie segregują allele A

1

 i A

2

 z locus A oraz B

1

 i B

2

 z locus B. Osoby w pokoleniu III, które otrzymały od 

swojego ojca allele A

1

B

1

 lub A

2

B

2

 powstały z niezrekombinowanej spermy, osoby które otrzymały od 

ojca  A

1

B

2

  lub  A

2

B

1

  są  rekombinantami.  Rodowód  nie  pozwala  na  zaklasyfikowanie  żadnej  z  osób  z 

pokolenie  I  i  II  jako  rekombinanta  lub  nie  rekombinanta,  ani  na  zidentyfikowanie  rekombinantów 
wynikających z oogenezy u II

2

 

A)  ♂A

1

A

× ♀A

2

A

2   

B) ♂ A

1

A

2

 × A

1

A

2

 ♀ 

C) ♂ A

1

A

2

 × A

1

A

2

 ♀ 

D) ♂ A

1

A

2

 × A

3

A

4

 ♀ 

A

1

A

 

 

A

1

A

 

 

A

1

A

1

 

 

 

A

1

A

4

 

Mejozy informujące i nieinformujące o sprzężeniu badanego genu z daną kopią genu markerowego. Założenie: 

ojciec ma cechę dominującą, którą dziedziczy wraz z markerową kopią allela A

1

A – mejoza nieinformatywna: markerowy allel u homozygotycznego ojca jest nierozpoznawalny 
B – mejoza nieinformatywna: dziecko mogło odziedziczyć A

1

 od ojca a A

2

 od matki, bądź odwrotnie 

C, D – mejozy informatywne: dziecko odziedziczyło A

1

 od ojca. 

 
Obliczanie wartości lod 
 

Zakładając,  że  loci  są  sprzężone,  a  frakcja  rekombinacji  wynosi  θ,  prawdopodobieństwo  mejozy 

nierekombinacyjnej wynosi (1 – θ), a rekombinacyjnej θ. 
 

Jeżeli  loci  są  niesprzężone,  prawdopodobieństwo  mejozy  rekombinacyjnej  czy  nierekombinacyjnej 

wynosi ½. 
 

 

Współczynnik lod (logarytm szans faworyzujących sprzężenie) 

 

 

 

 

Z = log

10

(Pr/Pi) 

 
Pr – określone na podstawie analizy rodowodów prawdopodobieństwo, że dany gen wykazuje określoną wartość 

rekombinacji (r) z genem markerowym 

Pi – prawdopodobieństwo rekombinacji przy założeniu, że oba elementy segregują niezależnie. 
 
Wartość +3 jest uważana za dowód sprzężenia. 

background image

str. 19 

 

 

 

 

 

 
rekombinant 

Rodzina A 
 

Jest 5 nierekombinantów i 1 rekombinant. Ogólne prawdopodobieństwo, zakładając sprzężenie wynosi 

(1  –  θ)

5

  ×  θ.  Prawdopodobieństwo  zakładające  brak  sprzężenia  wynosi  (1/2)

6

  .  Stosunek  prawdopodobieństw     

(1 – θ)

5

 × θ / (1/2)

6

.  

Wartość lod, Z jest logarytmem stosunku prawdopodobieństw 
θ 

0,1 

0,2 

0,3 

0,4 

0,5 

-∞ 

0,577 

0,623 

0,509 

0,299 

0(dziedziczenie niezależne) 

         sprzężenie 
         absolutne 

 

Rodzina B 
 

Jeden układ alleli nieznany. 

 

Jeżeli odziedziczyła A

1

 wywołujący chorobę, jest 5 nierekombinantów i 1 rekombinant. 

 

Jeżeli odziedziczyła A

2

 wywołujący chorobę, jest 5 rekombinantów i 1 nierekombinant. 

 

Ogólne prawdopodobieństwo jest: 

 

 

½ [ (1 – θ )

5

 × θ / ( ½ )

] + ½ [ (1 – θ) × θ

/ ( ½ )

To pozwala uwzględnić każdy możliwy układ alleli z jednakowym prawdopodobieństwem 
θ 

0,1 

0,2 

0,3 

0,4 

0,5 

-∞ 

0,276 

0,323 

0,222 

0,076 

 

Najbardziej prawdopodobna frakcja rekombinacji jest ta, której wartość lod jest najwyższa. 

 
Obliczanie progu sprzężenia(+3; -2) wg formuły Bayes’a 
 

Prawdopodobieństwo sprzężenia dwóch loci (a priori) szacuje się na 1/50. 

Hipoteza 

loci są sprzężone 

(frakcja rekombinacji = θ) 

loci są niesprzężone 

(frakcja rekombinacji = 0,5) 

Prawdopodobieństwo a 

priori 

 

 

Prawdopodobieństwo 

warunkowe: 1000 : 1 

szans sprzężenia lod 

Z(θ) = 3,0 

1000 

Łączne 

prawdopododobieństwo 

20 

~ 1 

 

background image

str. 20 

 

Ponieważ jest niskie a priori, prawdopodobieństwo sprzężenia dwóch przypadkowo wybranych loci, wymagany 

jest  dowód  dający  1000  :  1  szans  na  korzyść  sprzężenia,  by  ostatecznie  dać  20  :  1  szans  na  korzyść 
sprzężenia. 

To odpowiada konwencjonalnemu progowi istotności statystycznej p = 0,05. 
Wartości – 2 = brak sprzężenia 
 
Rozwój ludzkich markerów genetycznych 

Typ markera 

Liczba loci 

 

Grupy krwi (1910 – 1960) 

~ 20 

Warianty elektroforetyczne 

ruchliwości protein 

surowicy (1960 – 1975) 

~ 30 

Typy HLA (1970 -    ) 

(haplotyp) 

DNA RFLPs (1975 -    ) 

>10

5

 (potencjalnie) 

Minisatelity (1985 -    ) 

>10

4

 (potencjalnie) 

Mikrosatelity (1989 -    ) 

>10

5

 (potencjalnie) 

DNA SNPs (1998 -    ) 

>10

6

 (potencjalnie) 

 
RFLP – polimorfizm długości fragmentów restrykcyjnych 
Mikrosatelitarny DNA – powtórzenie sekwencji 2,3,4 nukleotydów (np. (TTA)

8

 ); jest markerem genetycznym 

 
Mapowanie fizyczne 

1)  Niskiej rozdzielczości 

Najmniejsza jednostka mapowa jaka może być wyróżniona wynosi 1 – kilka megazasad DNA 

 

panele hybryd komórek somatycznych 

 

hybrydy monochromosomalne generowane przez fuzję mikrokomórek 

 

mapowanie subchromosomalne 

 

mapowanie  STS  (sequence  tegget  site)  w  panelach  komórek  hybrydowych  zawierających  określone 

fragmenty ludzkiego genomu. CMGT (chromosome – mediated gene transfer; hybrydy radiacyjne) 

2)  Wysokiej rozdzielczości 

Setki kb do pojedynczego nukleotydu 

 

chromosome walking 

 
Wykorzystanie chromosomów politenicznych z gruczołów śliniankowych D. melanogaster 
 

powstają na skutek ENDOMITOZ – replikacja DNA bez podziału jądra (1024 chromatydy) 

 
pojedyncza nić – chromonema 
pętelki na nici – chromonemy 
 
Fragmenty chromosomów politenicznych wskazujące na cytologiczny zasięg pewnych deficjencji (i duplikacji). 

 

 
Tworzenie linii komórek hybrydowych człowiek – gryzoń. 
 

W  odpowiedniej  pożywce  umieszcza  się  komórki  człowieka  i  gryzonia,  dodaje  się  wirusa  Sendai 

(ułatwiają  kontakt  między  dwoma  komórkami),  w  odpowiednich  warunkach  dochodzi  do  fuzji,  powstaje 
dikarion,  potem  synkarion  (jednojądrowa).  Potem  przenosi  się  te  komórki  do  medium  selektywnego,  gdzie 
dochodzi do oddzielenia komórek hybrydowych od niehybrydowych. 
 

Połączenie jąder (synkarion) – pozostaje komplet chromosomów gryzonia, chromosomy ludzkie ulegają 

zgubieniu, mogą pozostać pojedyncze chromosomy i wtedy można je badać. 
 

background image

str. 21 

 

CMGT – transfer genów za pośrednictwem chromosomu 
 - komórki myszy pozbawione HPRT (fosforybozylotransferaza hipoksantynowa) 
 - chromosom chomika HPRT+ 
 - HAT – hipoksantyna, aminopteryna, tymidyna (pożywka selekcyjna) komórek hybrydowych 
 
 

 

kinaza tymidynowa TK 

Tymidyna 

 

 

 

TMP 

 
Hipoksantyna 

 

HPRT   

IMP 

 

GMP 

Guanina  
 

 

 

 

 

aminopteryna 

 

 

 

inne prekursory 

 
TMP, IMP, GMP – jednofosforany nukleotydów 
 
Mapowanie genów wewnątrz chromosomów z wykorzystaniem anomalii chromosomowych. 
Delecje fragmentów chromosomu zawierającego gen kodujący kwaśną fosfatazę 1 czerwonokrwinkową. 
Translokacja między ludzkimi chromosomami X i 14: 
 

Ekspresja genów zlokalizowanych na X w linii kom. hybrydowych zawierających ludzki 14/X 

  HPRT; PGK (kinaza fosfoglicerynianowa) 

  G6PDH (dehydrogenaza glukozo – 6 – fosforanowa) 

Względna aktywność enzymu w kom. może dostarczyć informacji pozwalającej mapować duplikowane geny. 
GOT – transaminaza glutaminianowo – szczawiooctowa 
 

Wykład VII   20.11.07r. 

 
Subchromosomowa  lokalizacja  genu  przez  mapowanie  w  panelu  komórek  hybrydowych  zawiarających 
chromosomy translokacyjne i delecyjne. 
Wykorzystanie panelu hybryd radiacyjnych w mapowaniu fizycznym. 
 

 

letalna dawka  

 

 

 

fuzja z TK

-

 kom. 

 

 

promieniowania   

 

 

chomika 

normalne ludzkie  

 

kom., w których   

 

 

komórki hybrydowe (TK

+

fibroblasty 

 

 

chromosomy uległy 

 

 

 

 

fragmentacji 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

wybierane 100 – 200 hybryd, 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

każda zawiera 25 – 30% 

STS jaka ma być zmapowana 

 

 

 

 

 

kawałków genomu człowieka 

 
 

PCR amplifikacja 

 

w każdej hybrydzie 

 

 

 

 

 

 

hybrydyzacja ze  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

znanymi mapowanymi 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

STSs 

 

 

 

 

porównanie 

 

baza danych 

 

 

         centralnego serwera  

 

 

  

 

 

 

 

 
 
lokalizacja 
 
Hybrydyzacja klonów 
Seria  klonów  DNA  z  nakładającymi  się  insertami  (contig)  powstała  przez  częściowe  trawienie  genomowego 
DNA enzymami restykcyjnymi podczas konstrukcji „biblioteki” DNA. 
 

background image

str. 22 

 

Dwie drogi sekwencjonowania genomu ludzkiego: 

1)  Pocięcie całego genomu na fragmenty i sekwencjonowanie 
2)  Kawałek o znanej sekwencji 

 
Identyfikacja funkcji genu i jego lokalizacji. 
Profile ekspresji genu i proteomika. 
 
Zastosowanie informacji o genomie ludzkim: 

1)  w diagnostyce i medycynie zapobiegawczej 
2)  przemysł farmaceutyczny, rolnictwo 
3)  badania ewolucyjne 
4)  genetyka populacji (można śledzić historię gatunku) 
5)  identyfikacja funkcji genu – działanie terapeutyczne 
6)  jeśli znamy sekwencję genomu, można powiedzieć o jego organizacji 

 
Chromosomy 
Chromatyna: 

 

30% białka histonowe (rdzeń – tworzą 4 białka; nić DNA jest na nią nawinięta = NUKLEOSOM) 

 

30% białka wiążące DNA 

 

30% DNA 

 

10% RNA 

Włókno chromatynowe – ściśle upakowane nukleosomy, spiralnie ułożone 
Włókno owinięte jest na białkach. 
Euchromatyna - barwi się jasno; geny kodujące białka się tu znajdują; struktura luźniejsza 
Heterochromatyna  –  barwi  się  ciemno;  zawiera  wiele  powtórzeń  DNA,  pozbawiona  aktywności  genowej; 

struktura skondensowana. 

  konstytutywna – pozbawiona aktywności genowej bezwzględnie! 
  fakultatywna – np. ciałko Baara; aktywność genów jest wyłączona. 

 
Niezbędne elementy chromosomu: 

 

CENTROMER,  białka  z  nim  związane  tworzą  KINETOCHOR,  strukturą  łączącą  się  z  włóknami 

wrzeciona kariokinetycznego 

 

ORIGIN REPLIKACJI 

 

TELOMERY – chronią końce chromosomu przed degradacją, z każdym podziałem komórki zostają o 

nie skrócone; 

 
Chromosomy: 

a)  TELOCENTRYCZNE – nie mają krótkich ramion(p); nie ma ich u ludzi 
b)  AKROCENTRYCZNE – mają bardzo krótkie ramiona p 
c)  SUBMETACENTRYCZNY – ramię p jest krótsze od q 
d)  METACENTRYCZNY – ramiona p i q są sobie równe 

 
Nomenklatura: 

regiony: p1, p2, p3, etc. (na zewnątrz od centromeru) 

 

regiony: q1, q2, q3, etc. 

 

regiony podzielone na prążki, np. p1 1, p1 2, p1 3, etc. 

 

prążki dzielą się na podprążki, np. p1 1.1, p1 1.2, etc. 

 

podprążki dzielą się na dalsze podprążki, np. p1 1.2 1, p1 1.2 2 

 

centromer = „cen” 

 

telomer = „ter” 

 

fragment proksymalny (najbliższy centromerowi) 

 

fragment dystalny (najdalszy od centromeru, najbliższy telomerowi) 

 

background image

str. 23 

 

Barwienie chromosomów: 

 

prążki  G  –  wynik  barwienia  barwnikiem  Giemsa;  barwią się  na  ciemno;  barwią  te regiony,  które  są 

bogate w pary A – T 

 

prążki Q – wynik barwienia barwnikiem Quinacrine; barwią te regiony, które są bogate w pary A – T; 

barwnik fluorescencyjny 

 

prążki R – barwią odwrotne regiony niż G i Q, czyli bogate w pary G – C 

 

prążki T – barwią rejony telomerowe; są kategorią prążków R (są bogate w G – C) 

 

prążki  C  –  związane  z  centromerami  (barwią  konstytutywną  heterochromatynę  głównie  w  rejonach 

centromerów) 

 

4p11.21 

 
chromosom              region 

 

podprążek 

 

 

ramię      prążek    podprążek 

 

Kariotyp – zestaw chromosomów komórki, organizmu… 

W  postaci  diagramu  skonstruowanego  na  podstawie  wielkości  i  cech  fizycznych  chromosomów  (wzór 

prążkowy chromosomów ludzkich 

 zdjęcie). 

X i Y są w różnej grupie chromosomów (wg wielkości i wzoru prążkowego). 

 
Nienormalności chromosomowe: 

 

strukturalne 

  DUPLIKACJA odcinka chromosomu – powtórzenie 

np. „syndrom inv dup (15)”  – kolejność jest zamieniona na chromosomie 15; słabe napięcie 
mięśniowe, mały rozmiar dziecka, opóźnienie umysłowe, skolioza, itp. 

 

  tandemowa  

 

 

  tandemowa inwersyjna  

 

  przemieszczona  

 

Duplikacja i delecja genu (chromosom 16) 

- osoba z trzema genami 

-globiny jest zdrowym nosicielem 

- z dwoma kopiami – cierpi na łagodną anemię 

- z jedną kopią – dotkliwa anemia; 

-thalassemia 

 

-thalassemia – mutacja w genie 

-globiny (niedobór ładunków 

Względny nadmiar łańcuchów 

 - redukcja czerwonych krwinek 

Uwolnione jony Fe niszczą serce, wątrobę, gruczoły dokrewne 
 
Izochromosomy – mają identyczne ramiona 

 

 

 

normalnie

 

 

 

 

 

 

 

 
 
 
 

background image

str. 24 

 

 

 

duplikacja i delecja(bo nie ma w ogóle części, która powinna się znaleźć) 

     ABC       C B A 

 
 
 
  

  DELECJA 

np. 5p

-

 syndrom „cri – du – chat” (płaczącego kota); opóźnienie umysłowe i rozwojowe; 

gen  telomerazy  (odwrotna  transkryptaza)  –  może  zostać  utracony,  co  powoduje  skrócenie 
życia osobnika bo gen odpowiada za podziały komórkowe; 

  INWERSJA  PARACENTRYCZNA  –  nie  obejmuje  centromeru,  dotyczy  ramienia, 

dwa pęknięcia, odcinek został wstawiony w to samo miejsce tylko odwrotnie; 

  DELECJA  INTERSTYCJALNA  –  wypadł  środkowy  (wew.)  odcinek  chromosomu, 

dwa pęknięcia; 

  DELECJA TERMINALNA – wypada końcowy fragment chromosomu, 1 pęknięcie; 
  INWERSJA  PERICENTRYCZNA  –  odcinek  uległ  odwróceniu  w  obrębie 

centromeru, pęknięcie na dwóch ramionach; 

  CHROMOSOM PIERŚCIENIOWY – gdy końcowe odcinki zostają zgubione na obu 

ramionach i to ulegnie połączeniu (ta pozostała część chromosomu). 

 
Inwersja paracentryczna 
 

Tworzenie pętli w trakcie koniugacji ratuje przed inwersją, jednak może dojść do c-o i wtedy 

powstają gamety: 1) normalne 

 

 

 

  2) dicentryczna (ginie) 

 

 

 

  

3) z inwersją 

 

 

 

  4) acentryczne (ginie) 

Powstają nieprawidłowe gamety. 
 

 

Inwersja pericentryczna 

 

 

Podobne konsekwencje – powstaje połowa gamet nieprawidłowych. 

 

  TRANSLOKACJA – przeniesienie fragmentu na niehomologiczny chromosom 

  WZAJEMNA  –  gdy  dwie  pary  niehomologicznych  chromosomów  się  wymieniają; 

można to zobaczyć dzięki metodzie FISH – fluorescence in situ hybridization; 

  INTRACHROMOSOMALNA  –  w  obrębie  jednego  chromosomu  mają  miejsce  trzy 

pęknięcia,  geny  zawarte  pomiędzy  dwoma  pęknięciami  zostają  przeniesione    w 
miejsce trzeciego pęknięcia; 

  INTERCHROMOSOMALNA  –  w  wyniku  dwóch  pęknięć,  geny  zawarte  między 

pęknięciami zostają przeniesione na niehomologiczny chromosom. 

 

 
 
 

Wykład VIII   27.11.07r. 

 
 
Powstawanie translokacji 
- powstanie co najmniej dwóch pęknięć 

Fragmenty centryczne 

 z centromerami 

Fragmenty acentryczne 

 bez centromeru 

 
 
 
 

background image

str. 25 

 

 
 
 
     p ter   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

        p ter 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                   q ter 

   

  
 

 

                

p ter 

 

 

         

q ter 

 

 

 

 

        p ter 

                

chromosom acentryczny (2) 

 

 

     

q ter 

         

q ter 

 
chromosom dicentryczny (1) 

 

 

 

stabilna translokacja wzajemna 

 
 
sytuacja niestabilna 
(2) ginie (nie wchodzi do mitozy) 
(1) rozerwany 
 
Translokacja Robertson’a 
- z reguły dotyczy chromosomów akrocentrycznych (1 ramię b. krótkie) 
- pęknięcie tuż obok lub w samej strukturze centromeru 
- następuje zmniejszenie liczby chromosomów komórki o jeden 
- jeżeli nieistotne fragmenty ulegną utraceniu, to nie ma większych konsekwencji dla danego osobnika 
- jeżeli osobnik jest nosicielem translokacji to konsekwencje ujawniają się w produkcji gamet 
 
 
 
 
 

 

× 

 
 
 
 
 
 

14, 21; 14, 21

 

14, 21; 14/21

 

14, 21; 21, 14/21

 

14, 21; 14, 14/21

 

14, 21; 14 

14, 21; 21 

kariotyp   
normalny 

nosiciel 
translokacji 

nadmiar 
chromosomu 

21 

(translokacyjny  
syndrom Downa)  

nadmiar 
chromosomu 14  
(spontaniczne 
poronienie) 

brak 
chromosomu  21 
(spontaniczne 
poronienie) 

brak 
chromosomu  14 
(spontaniczne 
poronienie) 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Nienormalności chromosomowe: 

1)  Strukturalne 

 

delecja terminalna – ubytek końcowego fragmentu, np. 46, XY, del(4) (p16.3) 

 

delecja interstycjalna – ubytek wewnętrzny, np. 46, XX, del(5) (q13 q33) 

 

inwersja – np. 46, XY, inv(11) (p11 p15) 

 

duplikacja – np. 46, XX, dup(1) (q22 q25) 

 

insercja – np. 46, XX, ins(2) (p13 p21 p31) 

 

pierścień (ring) – np. 46, XY, r(7) (p22 q36) 

background image

str. 26 

 

 

dodatkowy niezidentyfikowany chromosom (marker) – np. 47, XX + mar 

 

translokacja wzajemna – np. 46, XX, t(2; 6) (q35; p21.3) 

 

translokacja Robertsona  – np. 45, XY, der(14; 21) (q10; q10)   ; der  – zrównoważony nosiciel; q10  – 

oznacza centromer 

 

translokacja syndrom Downa – np. 46, XX, der(14; 21) (q10; q10) + 21 

 

2)  liczbowe 

 

triploid – np. 69, XXX; 69,XXY; 69, XYY – zwiększenie całego garnituru chromosomów 

 

trisomik – np. 47, XX + 21 

 

monosomik – np. 45, X 

 

mozaika – np. 47, XXX / 46, XX 

 
Powstawanie poliploidów: 

1)  TRIPLOIDY: 

- 66% -  jednoczesne zapłodnienie komórki jajowej przez dwa plemniki 
- 24% -  zapłodnienie komórki jajowej przez diploidalny plemnik 
- 10% - zapłodnienie diploidalnej komórki jajowej przez plemnik 

       2)    TETRAPLOIDY: 

 

- duplikacja DNA bez podziału komórki 

 endomitoza 

      3)     ANEUPLOIDY (dodatkowy lub brakujący chromosom): 
 

- rezultat nondysjunkcji w pierwszym podziale mejotycznym 

 

- wtórny spermatocyt ma dwa chromosomy, a drugi wtórny nic 

 

-  mejoza  II  –  połowa  plemników  bez  danego  chromosomu  2  pary,  połowa  z  dodatkowym 
chromosomem 

 

- połączenie z euploidalnym oocytem – 50% trisomia, 50% monosomia 

 

- nondysjunkcja w II podziale mejotycznym 

 

- ¼ gamet ma dwa chromosomy homologiczne z danej pary 

 

  ¼ gamet brak chromosomu 

 

  ½ gamet normalna 

 

- nondysjunkcja w II podziale powoduje, że kom. zawiera 2 chromatydy jednego chromosomu 

 

- połączenie z euploidalnym oocytem 

 

  50% - euploidy 

 

  25% - monosomie 

 

  25% - trisomie 

 
Konsekwencje liczbowych abberacji chromosomowych 

1)  Poliploidy 

- triploidy (69, XXX; 69, XXY; 69, XYY) – 1-3% poczęć; prawie nigdy nie dochodzi do narodzin, nie 
są w stanie przetrwać 

  2)   Aneuploidy 
 

- Autosomy: 

 

Nullisomia – letalne w stanie preimplantacji; brak obu chromosomów z danej pary 

 

Monosomia – letalne w stadium embrionalnym 

 

Trisomia – zwykle letalne w stadium embrionalnym lub płodowym 

- trisomia 13 – syndrom Patau 
- trisomia 18 – syndrom Edwardsa, mogą przeżyć do urodzenia 
- trisomia 21 – syndrom Downa, mogą przeżyć do lat 40 i dłużej 

 
Chromosomy płci: 

1)  XXX; XXY; XYY – względnie małe problemy, normalna długość życia 
2)  45,  X  –  syndrom  Turnera  –  99%  spontaniczne  poronienia,  przeżywający  są  bezpłodni,  o  normalnej 

inteligencji (syndrom Klinefeltera) 

 

background image

str. 27 

 

Najczęstsze dodatkowe autosomy: 13, 18, 21 (mało genów na nich) 

 

urodzenia 

(1 rok) 

13 (Patau) 

18 (Edwards) 

21 (Down) 

1/12500 – 21700 

1/6000 – 10000 

1/800 – 826 

5% 
5% 

85% 

 

Trisomia 18 (syndrom Edwardsa) 
 - zaburzenia fizyczne i umysłowe 
- defekty serca, przemieszczenie wątroby 
- opóźnienie wzrostu 
 
Podwójny układ jednego z rodziców – mechanizm powstawania (izo)disomii jednorodzicielskiej 
 
 
 
P:                            

 

 

 

P:   

 

 

 
 
 
 
 
 
 

 

I podział mejotyczny 

 

 

 

 

II podział mejotyczny 

 
 

nondysjunkcja 

 

 

 

 

 

nondysjunkcja 

 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

zygota trisomiczna 

 

 

 

tak naprawdę są to 2 

 

 

 

 

 

       

chromatydy jednego 

 

 

 

 

 

   

chromosomu 

 
 

 

 

 

 

utrata jednego homologa 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
 
 
 
 
Disomia jednorodzicielska 

 

 

 

 

izodisomia jednorodzicielska 

 

 

Symptomy  chroby,  gdy  konsekwencją  jest  stan  homozygotycznie  recesywny  lub  gdy  disomia  dotyczy  genu 
piętnowanego. 
 
MUTACJE GENOWE 
 
Mutacje: ● somatyczne – konsekwencje miejscowe, np. w tkankach) 
 

  ● w komórkach linii rozrodczej (dotyczy całego organizmu) 

Mutacje spontaniczne – najczęściej podczas replikacji DNA (złe podstawienie nukleotydu) 
Mutacje punktowe: 

1)  tranzycje  -  A ↔ G (puryny); C ↔ T (pirymidyny) 

background image

str. 28 

 

2)  transwersje – A ↔ T lub G ↔ C 
Tranzycje zachodzą znacznie częściej – mniejsze konsekwencje dla DNA). 

Mutacje odcinkowe – dotyczą większej niż 1 liczby nukleotydów 
 
Typy mutacji: 

1)  zapis normalny; 
2)  zmiana sensu – nukleotyd podstawiony innym (zmiana aminokwasów w strukturze białka) 

  zmiana synonimowa – inny nukleotyd, ale nadal kodowany jest ten sam aminokwas; 
  zmiana antysynonimowa – podstawiony inny nukleotyd, w wyniku czego kodowane jest inne 

białko; 

3)  nonsens – zmiana nukleotydu, powstaje kodon STOP! (krótsze białko); 
4)  przesunięcie ramki odczytu – poprzez wstawienie nowego nukleotydu; 
5)  delecja – usunięcie nukleotydu (najkorzystniej gdy wypadnie cała trójka nukleotydów); 
6)  insercja – dodanie (najkorzystniej gdy wstawiona zostanie cała trójka) 
7)  duplikacja – powtórzenie fragmentu (najkorzystniej j/w) 

 
Mutacje poszerzające zasięg (ekspansja powtórzeń trójnukleotydowych) – poszerza się z pokolenia na pokolenie. 
 

pok. 1TEN KOT TAM BYŁ ALE … 

 

pok. 2 TEN KOT TAM BYŁ BYŁ ALE … 

 

pok. 3 TEN KOT TAM BYŁ BYŁ BYŁ ALE … 

 
Mechanizm nieprawidłowości spowodowanych ekspansją powtórzeń trójnukleotydowych: 

 

czynniki transkrypcyjne, oddziałują w sposób zróżnicowany z sekwencjami zawierającymi powtórzenia 

i bez powtórzeń; 

 

powtórzenie CTG i CGG nadają podwójnej większą elastyczność; 

 

DNA  z  wieloma  powtórzeniami  CTG  jest  ściślej  zwinięty  wokół  białek  histonowych  tworząc 

nukleosomy w porównaniu z innymi sekwencjami DNA, wpływając na dostępność genów w procesie 
transkrypcji; 

 

DNA  z  wieloma  powtórzeniami  może  składać  się  tworząc  rozmaite  struktury  w  czasie  replikacji  lub 

transkrypcji:  pętle;  potrójne  i  poczwórne  helisy;  struktury  umożliwiające  „poślizg  nici”,  zwiększając 
szanse mutacji. 

 
Dystrofia miotoniczna – typ dystrofii mięśniowej 
Antycypacja  genetyczna  –  nasilenie  objawów,  z  pokolenia  na  pokolenie  pojawiają  się  one  coraz  szybciej 

(wcześniej). 

wiek 

fenotyp 

liczba powtórzeń CTG 

(norma 5 – 37) 

późny 

dojrzały 

łagodne osłabienie mięśni 

przedramion 

50 – 80 

średni 

dojrzały 

umiarkowane osłabienie 

mięśni kończyn 

80 – 700 

dzieciństwo 

silne osłabienie mięśni, 

trudności w oddychaniu, 

wczesna śmierć 

>700 

 
Analiza DNA – elektroforeza (im dłuższy DNA tym wolniej migruje). 
 
Mechanizm: 
 

Niekiedy mutacja udaremnia ekspresję genu na etapie przed translacją 

  dystrofia miotoniczna typu I – ekspansja trójnukleotydów dotyczy początkowego, nie ulegającego 

translacji regionu genu; 

  dystrofia miotoniczna typu II – (CCTG)

n

 gen na chromosomie 3, dotyczy intronu. 

Wniosek: cząsteczka mRNA jest zbyt duża by wydostać się z jądra komórki. 
 
typ I: nadmiar materiału w początkowym odcinku 

background image

str. 29 

 

typ II: w intronie, który nie jest wycinany 
 
Także: zespół łamliwego X 
 

norma (CGG) × 6 – 50 w genie (FMR1 – fragile X mental retardation – opóźnienie umysłowe) 

 

łagodne symptomy 50 – 200 kopii 

 

nasilone objawy 200 – 2000 kopii 

FMR1  –  koduje  białko,  które  z  nadmiernymi  powtórzeniami  może  reagować  z  mRNA,  które  koduje  białka 

reagujące z neuronami (?) 

 
Choroba Huntingtona: 

 

konsekwencje mutacji zależą od jej pozycji w genie 

 

mutacje miejsc składania (splite sites) – typ zmiany sensu 

 

na granicy intronów i egzonów są sekwencje dające znak do cięcia 

 

mutacje w tym miejscu powodują niewystąpienie cięcia! 

 
Intron+ (mukowiscydoza) 
EgzonA  

Intron1   

EgzonB 

Egzon – (BRCA 1) – gen mający wpływ na rozwój raka piersi 
EgzonA EgzonB / ← brak egzonu C 
 
Mukowiscydoza (zwłóknienie torbielowate trzustki, cystic fibrosis): 

  gen autosomalny recesywny 

 

częstość w Europie 1 : 2500 

  mutacje (ok. 500) w genie CFTR (cystic fibrosis transmembrane conductance regulator) 

 

defekt przewodnictwa przez błonę komórkową (kanały chlorkowe i sodowe) 

 

najczęściej trójnukleotydowe delecje ∆ F508 – białko się rozpada 

  missense – 40%   

 

 

 

 

H

2

  przesunięcie ramki odczytu – 30%  

   Cl

-

 

  nonsens – 20%   

 

 

 

 

gęstniejący śluz 

 

nieprawidłości składania – 10% - białko jest za duże, nie może się wbudować w błonę. 

 
Zaburzenia precyzyjnej struktury kolagenu: 

  gen 

1 kolagenu koduje 2 łańcuchy polipeptydowe 

  gen 

2 kolagenu koduje trzeci polipeptyd 

 

wiele powtórzeń sekwencji gly – pro 

 

mutacje  w  genach  kolagenu  są  szczególnie  niszczące,  ponieważ  białko  ma  bardzo  precyzyjną 

konformację, łatwo naruszaną przez niewielkie zmiany 

  kolagen – 60% białek kości i chrząstek 

    50 – 90% suchej masy skóry, wiązadeł, ścięgien, zębiny 

 

prokolagen  

 

 

kolagen 

 

 

odcięcie nieregularnych końców 

 

mutacja  blokująca  skracanie  łańcuchów  prokolagenu  skutkuje  rozciągliwą  skórą  (syndrom  Ehlers  – 

Daulosa typu I) 

 

Wykład IX   4.12.07r. 

 
Jedna z przyczyn choroby Alzheimera (wczesne objawy): 

 

gen na chromosomie 14 (PS 1) koduje białko – presenilinę 1, działające jako receptor zakotwiczony w 

błonie aparatu Golgiego; 

 

białko monitoruje wykorzystanie przez komórkę amyloidowego białka beta; 

  mutacje w genie preseniliny powodują zaburzenia produkcji, struktury i funkcjonowania amyloidu; 

 

zmienione białko tnie prekursorowe białka amyloidu na fragmenty o niewłaściwej długości, które łączą 

się i akumulują na zewnątrz komórki. 

Cl

-

 

background image

str. 30 

 

 
ORGANIZACJA GENOMU LUDZKIEGO: 

1)  genom jądrowy 

  zawiera 3300 Mb 
  wchodzi ok. 80000 genów 
  ok. 75% genomu to pozagenowy DNA: 

 

w 60% składa się z sekwencji występujących w pojedynczej lub niskiej liczbie kopii 

 

40% to sekwencje umiarkowanie bądź wysoce repetytywne (powtarzalne) 

 

powtórzone tandemowo 

  powtórzenia rozproszone w genomie 

  ok. 25% to geny i sekwencje związane z genami (pojedyncze lub umiarkowanie repetytywne): 

 

90% to niekodujący DNA: 

 

pseudogeny 

 

fragmenty genów 

 

introny i sekwencje nie ulegające translacji 

 

10% to kodujący DNA (ok. 2,5% całego DNA) 

2)  genom mitochondrialny 

  składa się z 16,6 kb 
  wchodzi 37 genów: 

  2 geny rRNA 

  22 geny tRNA 

 

13 genów kodujących polipeptydy 

 
GENOM MITOCHONDRIALNY: 

1)  komórki ludzkie zawierają tysiące kopii DNA; 
2)  jakkolwiek  pojedyncza  cząsteczka  mtDNA  zawiera  1/8000  tej  ilości  DNA  jaka  jest  umieszczona  w 

przeciętnym chromosomie, to cały mtDNA stanowi 0,5% DNA komórki somatycznej; 

3)  ludzki  genom  mitochondrialny  jest  wysoce  efektywny  pod  względem  informacji  genetycznej  –  93% 

sekwencji DNA to sekwencje kodujące; 

4)  ograniczona autonomia genomu mitochondrialnego: 

 

składniki  systemu  oksydatywnej  fosforylacji  –  kodowane  przez  genom  mitochondrialny  (13 

podjednostek) przez genom jądrowy (>80 podjednostek); 

 

składniki aparatu syntezy białek – 24 podjednostki, a przez genom jądrowy ~ 80. 

5)  geny kodujące białka: ND1, ND2, CO1, CO2, ATPaza 6, CO3, ND3, ND4L, ND4, ND5, CYB; 
6)  pętla D – zawiera origin replikacji; jedyny fragment niekodujący; 

 
GENOM JĄDROWY: 

1)  jest rozmieszczony na 24 różnych typach dupleksów DNA (chromosomy), wyróżnionych na podstawie 

wielkości, położenia centromeru i wzoru prążkowego; 

2)  wykazują one znaczną zmienność regionalną pod względem składu zasad i gęstości genów 

zawartość GC: 42% 
C = G = 0,21 → CpG  (0,21)

2

 = 0,0441 

Obserwowana częstość, to 1/5 tej wartości 
→ niedostatek dinukleotydów CpG  (5’ – 3’) 
 

5 – metylocytozyna 

 
 

dezaminacja 

 
 

CpG → TpG 

3)  wyspy CpG – mają oczekiwaną częstość CpG (0,0441);  

  związana jest z nimi aktywność transkrypcyjna;  
  związane są z 56% genów ludzkich;  

background image

str. 31 

 

  wysp jest ok. 45000 → 80000 genów; chromosom 4, X, Y mają mało genów, chromosomy 19, 

20, 22 jest dużo genów 

 

Telomery: 

 

głównym  składnikiem  jest  DNA  złożony  z  6  –  nukleotydowych  powtórzeń  TTAGGG  (50% 

udziału par GC); długość 10 – 15 kb; 

 

subtelomer składa się z 8000 do 300000 zasad; jest zaraz za telomerem; 

  synteza  powtórzeń  telomerowych:  telomeraza  –  odwrotna  transkryptaza  zawierająca  RNA 

(RNA, to matryca AAUCCC) 

 

telomeraza  zapobiega  degradacji  końców  chromosomów  z  każdym  podziałem  (u  kom. 

płciowych, kom. krwi, nowotworowe); odnawiają się powtórzenia telomerowe; 

  w  kom.  somatycznych  z  każdym  podziałem  tracone  są  powtórzenia  telomerowe,  po  utracie 

telomerów komórki przestają się dzielić. 

 
Heterochromatyna: 

 

zawiera repetytywny DNA 

 

ciemne prążki G charakteryzuje niższa zawartość GC niż prążki jasne 

 

Zagęszczenie genów w genomie ludzkim: 

 

3000 genów / chromosom; 

 

zagęszczenie wysokie w rejonach subtelomerowych; 

 

na niektórych chromosomach jest wiele genów: np. chromosom 19 i 22; 

 

na innych mało: chromosom 4 i 18; 

 

ciemne prążki G ubogie w geny, jasne obfite; 

 

zawartość DNA chromosomów ludzkich: chromosom 1 → 263 Mb DNA 

  10 → 144 Mb DNA 
  16 → 98 Mb DNA 
   X → 164 Mb DNA 
   Y → 59 Mb DNA 

 

4)  genom jądrowy zawiera ok. 65000 – 80000 genów, ale tylko 3% genomu to sekwencje kodujące; 
5)  ok. 5% (3000 – 4000) genów jądrowych koduje cząsteczki RNA 

Rodziny genów kodujących RNA często mają licznych członków rodziny; 

 

geny  rybosomalnego  RNA  (rRNA)  –  28S,  18S  i  5,8S;  cytoplazmatyczny  rRNA  kodowany 

jest przez pojedynczą jednostkę transkrypcyjną, tandemowo powtórzoną ok. 250 razy tworząc 
5  grup  sprzężeniowych  (chusters),  liczących  po  ok.  50  powtórzeń  rozmieszczonych  na 
krótkich  ramionach  chromosomów  13,  14,  15,  21,  22;  5S  cytoplazmatyczny  rRNA  jest 
kodowany  przez  kilkaset  kopii  (przynajmniej  3  grupy  sprzężeniowe  na  długim  ramieniu 
chromosomu 1. 

 

geny  transferowego  RNA  (tRNA)  –  bardzo  duże  i  rozproszone;  rodzina  genów  obejmująca 

ponad 40 podrodzin, każda z szeregiem genów kodujących różne rodzaje cytoplazmatycznego 
tRNA. Także pseudogeny (defektywne kopie genów). 

 

geny  małego  jądrowego  RNA  (snRNA)  –  kilkaset  rodzajów;  niektóre  tworzą 

rybonukleoproteiny;  odgrywają  istotną  rolę  w  reakcjach  cięcia  i  modyfikacji  zasad  podczas 
dojrzewania (splicing, maturation) rybosomalnego RNA. 

 
Geny funkcjonalnie identyczne: 

  niedawno duplikowane, np. 

-globiny 

 

niektóre  geny  na  różnych  chromosomach  kodują  identyczne  polipeptydy,  np.  podrodziny 

genów histonowych: H1, histon łącznikowy; H2A, H2B, H3 i H4, histony rdzenia; najwięcej 
jest ich na 6, 1. 

Geny funkcjonalnie podobne: 

  blisko spokrewnione, ale nie identyczne co do sekwencji 

background image

str. 32 

 

 

rzadko są sprzężone w ludzkim genomie, częściej są rozproszone na różnych chromosomach 

 

geny,  które  kodują  wyraźnie  spokrewnione  produkty  a  są  ulokowane  na  różnych 

chromosomach, są generalnie mniej spokrewnione, np. geny 

 i 

-globiny. 

Geny funkcjonalnie związane: 

 

kodują  produkty,  które  mogą  różnić  się  strukturą  ale  są  związane  funkcjonalnie,  np. 

podjednostki  tego  samego  białka,  komponenty  tego  samego  szlaku  rozwojowego, 
metabolicznego. 

 

6)  geny ludzkie są istotnie zmienne pod wzgl. wielkości i zawartości egzonów 

  geny krótsze niż 10 kb – zawartość egzonów ok. 100%, 33%, 46% 
  geny krótsze niż 100 kb – zawartość egzonów kilkadziesiąt do 3% 
  geny dłuższe niż 100 kb – zawartość egzonów kilka procent 
Im dłuższy gen – tym zawartość egzonów mniejsza. 

7)  geny ludzkie wykazują ogromną zmienność wielkości i organizacji wewnętrznej 

  olbrzymie rozmiary niektórych genów oznaczają, że transkrypcja może być czasochłonna, np. 

gen dystrofiny – 16 godzin; 

  odwrotna  korelacja  między  wielkością  genu  i  proporcją  długości,  która  ulega  ekspresji  na 

poziomie RNA. 

8)  znane są rzadkie przykłady genów nakładających się i genów w genach; 
9)  przeciętna gęstość genów w genomie ludzkim wynosi: 

1 gen / 40  – 45 kb;  jeżeli 1 gen, to przeciętnie 10  – 15 kb; to geny powinny  być  oddzielone 
odcinkiem 30 kb niegenowego DNA 

 

E. coli – 1 gen / 1 kb 
S. cerevisiae – 1 gen / 2 kb 
C. elegans – 1 gen / 5 kb 

 
Dwa  geny  w  jednym,  np.  PSA  – antygen  właściwy  dla  prostaty  (5  egzonów  i  4  introny);  PSA  –  LM  –  białko 

związane  z  PSA,  kodowane  przez  egzon  pierwszy  PSA  i  czwarty  intron;  są  to  białka  o  funkcjach 
antagonistycznych. 

 
Produkt jednego genu jest ostatecznie cięty na dwa białka: 
 

DPP – fosfoproteina zębiny      niedobór któregoś → dentinogenesis imperfecta 

 

DSP – sialoproteina zębiny 

 

Prekursor – sialofosfoproteina DSPP → jest cięty na te dwa wyżej. 

 
Geny w intronach – intron genu neurofibrominy zawiera trzy geny na przeciwległej nici DNA. 
 
Nerwiakowłókniakowatość typu 1 (NF 1) – dziedziczenie autosomalne dominujące. 
 
Rodziny wielogenowe i repetytywny kodujący DNA. 
 
Ludzki genom składa się z trzech (szeroko rozumianych) składników: 

 

DNA wyst. w pojedynczej kopii – 60% 

 

umiarkowanie repetytywny – 30% 

 

wysoce repetytywny – 10% 

 
Rodziny genów ludzkich są zmienne pod względem pokrewieństwa różnych członków i co do stopnia, w jakim 

szczególnie konserwowane sekwencje subgenowe definiują daną rodzinę: 

  klasyczne rodziny genów (rRNA; histony); 
  rodziny genów kodujące produkty z dużymi konserwatywnymi domenami (czynnikami transkrypcji TF; 

geny Homeoboxu – 30 genów HOX); homodomena ~ 60 aminokwasów 

  rodziny genów kodujące produkty z bardzo krótkimi konserwatywnymi motywami aminokwasowymi 

(DEAD box – produkty funkcjonują jako helikazy DNA); Asp – Glu – Ala – Asp 

background image

str. 33 

 

  nadrodziny genów – członkowie nadrodziny Ig są białkami powierzchniowymi 

 
Rodziny  genów  mogą  występować  jako  geny  ściśle  sprzężone,  o  specyficznej,  subchromosomowej  lokalizacji 

lub jako geny szeroko rozproszone. 

 
Uważa  się,  że  geny  w  pojedynczej  grupie  powstały  w  wyniku  tandemowych  duplikacji.  Wyraźne  są  różne 

warianty organizacji grupy: 

 

tandemowy układ genów (rRNA); 

 

bliskie sprzężenie (nawet wspólny mechanizm regulacyjny; np. geny 

 i 

-globiny) 

 

złożona  grupa  genów  (fizyczny  związek  między  genami  nie  tak  bliski,  pomiędzy  nimi  mogą  być 

zawarte geny niespokrewnione co do sekwencji i funkcji – kompleks HLA na chromosomie 6 p21.3 

 
Duplikacja genu może prowadzić do nabycia nowej funkcji lub powstania pseudogenu. 
 
Rodziny genów zorganizowane w grupy wielokrotne: 

 

o  wysokiej  homologii  sekwencji  (rRNA,  chromosomy  13,  14,  15, 21,  22; rodzina  genów  receptorów 

węchowych  kodujących  zróżnicowany  zestaw  receptorów  pozwalających rozróżnić  tysiące  zapachów 
~1000 genów) 

 

o niskiej homologii sekwencji; rodzina genów globiny obejmuje geny o trzech lokalizacjach – grupa 

-

globiny  na  chromosomie  16p; 

-globiny  na  11p,  a  mioglobiny  na  22q;  geny  z  jednej  grupy  są  bliżej 

spokrewnione niż geny z różnych grup. 

 
Rozproszone rodziny genów: 

 

przypuszczalnie pochodzące od dwóch genomów 

 

będące rezultatem duplikacji starożytnego genomu 

 

będące rezultatem retrotranspozycji – większość kopii niefunkcjonalnych 

 
Opracowane pseudogeny powstają przez odwrotną transkrypcję z RNA. 
 
Pseudogeny – niekompletne kopie genów i fragmenty genów są często spotykane w rodzinach wielogenowych: 

  nieopracowane – konwencjonalne pseudogeny (nie ulegają ekspresji); 
  nieopracowane ale ulegające ekspresji pseudogeny 
  opracowane pseudogeny 
  opracowane i ulegające ekspresji pseudogeny 
  niekompletne  geny  i  fragmenty  genów;  5’  albo  3’  fragment  lub  niewielki  segment  genu  – 

prawdopodobnie rezultat niesymetrycznego c-o lub niesymetrycznej wymiany chromatyd siostrzanych. 

 
 

Wykład X   11.12.07r. 

 

-globina oprócz genów ekspresywnych, zawiera 3 pseudogeny i pseudogen ulegający ekspresji. 

 
Podobnie jak rodziny wielogenowe, niekodujący repetytywny DNA wykazuje dwa główne typy ogranizacji: 

1)  powtórzenia tandemowe (satelitarny, mini- , mikrosatelitarny DNA) 
2)  rozproszone powtórzone sekwencje 

 
Główne klasy tandemowe powtórzonego ludzkiego DNA: 
● satelitarny DNA 
   (bloki od 100 kb –  
   kilka Mb długości) 

5 – 171 bp 

szczególnie w centromerach 

● minisatelitarny DNA 
   (bloki 0,1 – 20 kb) 

6 – 64 bp 

w lub blisko telomerów 
wszystkich chromosomów 

● telomerowy 

6 bp (TTAGGG) 

wszystkie telomery 

● mikrosatelitarny DNA 

1 – 4 bp 

rozproszone 

background image

str. 34 

 

   (bloki krótsze niż 150 bp) 
 
Rodziny  wysoce  powtórzonego  rozproszonego  DNA  zawierają  niewielki  procent  aktywnie  przenoszących  się 
elementów: 
- SINE – krótkie rozproszone elementy jądrowe 
- LINE – długie rozproszone elementy jądrowe 
 
Klasy sekwencji DNA ssaków, które przechodzą transpozycję za pośrednictwem RNA: 

  endogenne  retrowirusy  –  przypominają  retrowirusy,  ale  nie  mogą  infekować  nowych  komórek; 

ograniczone są tylko do danego genomu. Zawierają sekwencje mające  Long terminal repeats (LTRs) i 
inne elementy funkcjonalnych retrowirusów; 

  retrotranspozony  –  nie  mają  LTRs;  kodują  odwrotną  transkryptazę,  co  umożliwia  niezależną 

transpozycję, np. LINE-1; 

  retropseudogeny – wykorzystują odwrotną transkryptazę innych elementów; SINEs, powtórzenia Alu. 

 
Jeżeli jakaś sekwencja przenosi się w obrębie DNA – transpozycja. 
Jeżeli transpozycja za pomocą RNA – retrotranspozycja. 
 
Dimery Alu – powtórzenia ok. 130pz, wstawka 32pz; występują w 1 mln kopii u naczelnych. 
Element LINE-1 – koduje odwrotną transkryptazę. 
 
 
 
 
 
 
 
STRUKTURA GENETYCZNA POPULACJI 
 
Obliczanie frekwencji alleli: 
 

Genotyp 

 

F / F 

F / S 

S / S 

Suma 

l. osobników 
l. alleli F 
l. alleli S 
l. alleli F+S 






14 


10 
10 

16 
15 
17 
32 

 
Frekwencja allelu F = 15 / 32 = 0,469 
Frekwencja allelu S = 17 / 32 = 0,531 
 
Mikroewolucja – zmiany frekwencji alleli w populacjach. 
Makroewolucja  –  takie  nagromadzenie  zmian  mikroewolucyjnych,  które  zapobiega  posiadaniu  płodnego 

potomstwa przez dwa płodne organizmy płci przeciwnych. 

 
Obliczanie średniej heterozygotyczności (w czterech loci): 

l. osobników 

 

 

locus 

heterozygot 

suma 

heterozygotyczność 




25 
42 


100 
100 
100 
100 

25/100 = 0,25 
42/100 = 0,42 

9/100 = 0,09 

0/100 = 0 

 
Przeciętnie: 0,19 
 

background image

str. 35 

 

Polimorfizm – obecność w populacji allelu o częstości większej niż 1%  (5%); allel rzadszy musi mieć wartość 

większą niż 5%. 

 
Prawo Hardy’ego – Weinberg’a 
Założenia przyjęte w modelu określającym frekwencje genotypów: 

  rozpatrywany organizm jest diploidalny 

 

reprodukcja jest płciowa 

 

pokolenia nie nakładają się 

  kojarzenie jest losowe 

 

wielkość populacji jest bardzo duża (nieograniczona) 

  migracja jest nieistotna 

 

mutacje można pominąć 

 

naturalna selekcja nie dotyczy rozpatrywanych genów 

 
Jeżeli w locus są dwa allele, frekwencja allelu A wynosi p, frekwencja allelu a wynosi q. 
p + q = 1 
 

p = A 

q = a 

Frekwencja trzech możliwych genotypów wynoszą 

p = A  pp = AA 

pq = Aa 

(p + q)

2

 = p

2

 + 2pq + q

2

 

q = a 

pq = Aa 

qq = aa 

 

 
Prawo sformułowane w 1908r. (prawo równowagi): 

 

frekwencje alleli nie zmieniają się z pokolenia na pokolenie; 

 

frekwencje  genotypów  w  populacji  będącej  w  stanie  równowagi  genetycznej  wyraża  powyższy  wzór 

(rozwinięty kwadrat dwumianu), one także nie ulegają zmianom; 

 

populacja  osiąga  stan  równowagi  (i  zrównoważone  frekwencje  genotypów)  po  jednym  pokoleniu 

kojarzeń losowych, jeśli frekwencje alleli są równe u obu płci. 

 
p = frekwencja allelu D – normalna długość palca = 0,7 
q = frekwencja allelu d – krótki środkowy palec = 0,3 
 
F

 
genotyp 
 

DD 

normalne palce 

Dd 

normalne palce 

dd 

krótki palec 

frekwencja 
genotypu 

p

2

 = (0,7)

2

 = 0,49 

2pq = 0,42 

q

2

 = 0,09 

frekwencja 
gamet 

0,49 

0,21 

0,21 

0,09 

 

0,7 

0,3 

 
F

2

 

DD 

 

Dd 

 

dd 

 

0,49 

 

0,42 

 

0,09 

 
Równowaga Hardy’ego – Weinberg’a 
 
Prawo H – W dla trzech alleli w locus 

 
 

p

2

 + 2pq + q

2

 + 2pr + 2qr + r

2

 = 1 

 
 

 
Grupy krwi ABO 
 

Frekwencje w pewnej populacji:  

 

 

A

A

2

 

A

3

 

A

1

 

A

1

A

1

  

p

2

 

A

1

A

2

  

pq 

A

1

A

3

   

pr 

A

2

 

A

1

A

2

  

pq 

A

2

A

2

   

q

2

 

A

2

A

3

   

qr 

A

A

1

A

3

  

pr 

A

2

A

3

   

qr 

A

3

A

3

   

r

2

 

A     (I

A

I

A

, I

A

i) 

= 0,45 

background image

str. 36 

 

 
 
 
 
Jakie są frekwencje alleli? 
 

frekwencja genotypu ii = r

2

  zatem r = 

 = 0,60 

 

łączna frekwencja grup B + 0 jest (q + r)

2

 = 0,13 + 0,36 = 0,49 

 

q + r = 

 = 0,70 

q = 0,70 – 0,60 = 0,1 
p = 1 – q – r = 1 – 0,7 = 0,3 

 
Profile  DNA  –  wykorzystywane  w  kryminalistyce,  w  badaniach  genetycznych  zgodności,  np.  DNA 

podejrzanego z dowodami. 

 
Czynniki wpływające na zmiany częstości alleli w populacjach: 

1)  Nielosowe kojarzenie 

- kryteria doboru partnera (80% podobni do nas; 1/3 z sąsiedztwa); 
- chiński imigrant Arnold w RPA: 7 żon → 356 potomków – u 70 poważna wada uzębienia; 
- chromosom Y Dzyngis Chana – ma 16 mln mężczyzn między Płn. Chinami a Afganistanem 1/200; 
- Kaszubi – rzadkie uszkodzenie genu 30/100; 

2)  Migracje 

- zmienność klinalna – częstość danego allelu wraz z odległością wzrasta lub maleje; 
-  deficjencja  kinazy  galaktozowej  w  Europie  (proces  fosforylacji).  Cecha  autosomalna  recesywna 
powodująca zaćmę u noworodków; 
- w pewnym rejonie Bułgarii częstość tej deficjencji wynosi 1 : 1600 – 2500 i maleje wraz z odległością 
 
Przypuśćmy, że  osobnik z otaczających populacji migruje z pewną częstością do populacji lokalnej i 
krzyżują się z rezydentami. Jeśli proporcja migrantów jest m , to w następnym pokoleniu 1 – m genów 
pochodzi  od  rezydentów  a  m  od  migrantów.  Jeśli  w  zewnętrznej  populacji  allel  A

1

  ma  przeciętną 

frekwencję P , a w populacji lokalnej p

0

, to w następnej generacji jego frekwencja będzie: 

 

P

1

 = (1 – m)p

0

 + mP = p

0

 – m(p

0

 – P) 

 

 

mP 

 
zmiana frekwencji allelu ∆p = p

1

 – p

0

 

 

∆p = p

0

 – m(p

0

 – P) – p

0

 = - m(p

0

 – P) 

 
różnica w częstościach allelu między populacją lokalną a zew. po pierwszym pokoleniu będzie: 
 

p

1

 – P = p

0

 – m(p

0

 – P) – P = m

0

 – mp

0

 – P + mP = (1 – m)p

0

 – (1 – m)P = (1 – m)(p

0

 – P) 

po drugim pokoleniu: 

p

2

 – P = (1 – m)

2

(p

0

 – P) 

po t pokoleń migracji: 

p

t

 – P = (1 – m)

t

(p

0

 – P) 

 
Ten  wzór  pozwala  obliczyć  efekt  t  pokoleń  migracji  o  proporcji  m  jeśli  znane  są  początkowe 
frekwencje allelu (p

0

 i P). 

 

p

t

 = (1 – m)

t

(p

o

 – P) + P 

 
np. w USA, w populacji ludzi reprezentujących typ kaukaski, frekwencja allelu R

0

 z locus Rh wynosi P 

= 0,028. Wśród afrykańskich populacji, z których pochodzą przodkowie Afroamerykanów, frekwencja 
allelu  R

0

  =  0,630.  Afrykańscy  przodkowie  Afroamerykanów  przybyli  do  USA  ok.  300  lat  lub  10 

pokoleń temu. Zatem t = 10. Obecnie frekwencja R

0

 w tej populacji jest p

t

 = 0,446. 

 

(1 – m)

t

 = 

 

1 – m = 

            m = 0,036 

 
Zatem przepływ genów z populacji typu kaukaskiego (białej) do populacji afroamerykańskiej zachodzi 
w  tempie  3,6%  na  pokolenie.  10  pokoleń  przepływu  genów  pozostawiło  0,694  wszystkich  genów  w 

B     (I

B

I

B

, I

B

i) 

= 0,13 

AB   ( I

A

I

B

= 0,06 

0      ( i i ) 

= 0,36 

p

0

 

background image

str. 37 

 

populacji Afroamerykanów wywodzących się od afrykańskich przodków, a 0,306 ich genów wywodzi 
się od przodków kaukaskich. 
 

Wykład XI   18.12.07r. 

 

3)  DRYF GENETYCZNY 

 

Przypadkowy dryf genetyczny  odnosi się do zmian w  frekwencjach alleli na skutek odchyleń w 
losowej segregacji alleli do gamet i losowym łączeniu się gamet w zygoty. 

 

Im mniejsza liczba krzyżujących się osobników w populacji, tym większe zmiany frekwencji alleli 
na skutek dryfu. 

 

W  populacjach  frekwencje  allelu  w  danym  pokoleniu  określa  prawdopodobieństwo  wystąpienia 
tego allelu w następnym pokoleniu. 

 

Jeśli frekwencja allelu w pokoleniu zmienia się z np. 0,5 do 0,6 , to w następnym pokoleniu jego 
frekwencja będzie 0,6. 

 

Zmiany w frekwencji alleli kumulują się w kolejnych pokoleniach. Ostatecznie allel może zostać 
zgubiony lub utrwalony tzn. jego frekwencja osiąga wartość 0 lub 1, wtedy proces dryfu ustaje. 

EFEKT ZAŁOŻYCIELA 

 

40 rodzin w Płn. Finlandii XVII w – obecnie populacja 18000; ryzyko  schizofrenii 3,2% - 3 × 

wyższe niż w reszcie kraju; 

  Qubec – tylko 4 allele BRCA 1; na świecie 500; 

  Dunker – populacja przybyła z Niemiec do Pensylwanii 1720 – 30 

 
 

Wielkość 
populacji 

(N) 

Gamety 

Wariancja 

(pq/2N) 

odchylenie 

standardowe 

(V

/2N) 

Oczekiwany zakres 

p w 95% populacji 

1)  p = q = 0,5 

 

 

 

 

 

 

50 

500 

10 

100 

1000 

0,025 

0,0025 

0,00025 

0,16 
0,05 

0,016 

0,18 - 0,82 
0,40 - 0,60 

0,468 - 0,532 

2) p=0,3; q=0,7 

 

 

 

 

 

 

50 

500 

10 

100 

1000 

0,021 

0,0021 

0,00021 

0,145 
0,046 

0,0145 

0,01 - 0,59 

0,208 - 0,392 
0,271 - 0,329 

Liczebność ma bardzo duży wpływ na wielkość dryfu genetycznego. 
 

 

 

EFEKT SZYJKI BUTELKI 

 

Im mniej liczna populacja tym większy efekt. 

 

Związany  z  jakimiś  katastrofami  zmniejszając  liczebność  populacji,  w  której  losowo  jest 

przenoszona część genów. Z czasem może zostać zwiększona ilość genów. 

 
 
 

4)  MUTACJE 

 

Przyjmijmy, że są dwa allele A

1

 i A

2

 w locus. A

1

 mutuje w A

2

 z częstością u / gametę / pokolenie 

→ frekwencja A

1

 w danym czasie jest p

0

. W następnym pokoleniu frakcja u wszystkich alleli A

1

 

zmutuje do A

2

, zatem: 

p

1

 = p

0

 – up

0

 = p

0

(1 – u) 

 

        w następnym pokoleniu: 

 

 

p

2

 = p

1

 – up

1

 = p

1

(1 – u) 

 

        

p

2

 = p

1

(1 – u) = p

0

(1 – u)(1 – u) = p

0

(1 – u)

2

 

 

       po t pokoleń, frekwencja A

1

 będzie: 

 

 

p

t

 = p

0

(1 – u)

t

 

tempo zmian jest wolne: 10

-5

 gameta/pokolenie 

1000 pokoleń – zmiana frekwencji A

1

 z 1,00 na 0,99 

2000 pokoleń – zmiana frekwencji A

1

 z 0,50 na 0,49 

background image

str. 38 

 

10000 pokoleń – zmiana frekwencji A

1

 z 0,10 na 0,09 

Im mniejsza frekwencja allelu tym więcej czasu zajmuje osiągnięcie danego poziomu zmian. 
 
A

2

 mutuje do A

1

 z częstością v, wyjściowe frekwencje alleli są: p

0

 i q

0

, dla A

1

: p

1

 = p

0

 – up

0

 + vq

0

 

zmiana w frekwencji A

1

: ∆p 

 

∆p = p

1

 – p

0

 

 

∆p = (p

0

 – up

0

 + vq

0

) – p

0

 = vq

0

 – up

0

 

równowaga istnieje, gdy ∆p = 0 
 

up = vq 

 

up = v(1 – p)  

 

up + vp = v 

 

 

   

ponieważ p + q = 1, to 

 

 
Przykład: 
Przypuśćmy, że u = 10

-5

 a v = 10

-6 

 

 

wtedy będzie równowaga 

5)  DOBÓR NATURALNY 

  negatywny lub pozytywny; 

 

wrażliwość na gorzki smak cenna w środowisku zawierającym toksyczne rośliny; 

 

jeżeli infekcja zabija przed osiągnięciem wieku reprodukcyjnego, to ostatecznie usuwa z populacji 
allele  uwrażliwiającą  na  nią;  eliminowane  najgroźniejsze  bakterie  (-)  i  zwiększony  udział  alleli 
warunkujących  oporność  w  kolejnych  pokoleniach  (+)  zanim  odkryto  antybiotyki  (gruźlica 
ewoluowała od poważnej, ostrej infekcji systemowej (1880) do rzadkiej chronicznej infekcji płuc) 

 

anemia sierpowata i malaria (odporność na nią), co prowadzi do: 

 

zrównoważonego polimorfizmu (utrzymywanie szkodliwych alleli w heterozygotach); 

 

deficjencja  G6PD  a  malaria  (glukozo-6-fosfodehydrogenaza)  –  cecha  sprzężona  z  X 
recesywna, ryzyko  anemii  sp.  warunkach.  Nadreprezentacja ♀  G  g i ♂  g  w  środowisku 
malarii:  pasożyt  infekuje  krwinki  ale  nie  może  się  rozmnażać;  także  zróżnicowany 
polimorfizm; 

 

fenyloketonuria  i  infekcje  grzybów  pleśniowych  –  heterozygotyczność  pod  względem 
genu  PKU  chroni  płód  –  wysoki  poziom  fenyloalaniny  inaktywuje  ochratoksynę  A 
(Aspergilus, Penicillium); PKU częsta w Irlandii i Szkocji 

 

mukowiscydoza  (CF)  a  tyfus  i  cholera  –  Salmonella  infekuje  kom.  jelita  tylko  jeżeli 
obecne  są  funkcjonalne  kanały  chlorkowe  (CFTR);  u  heterozygot  część  kanałów  jest 
uszkodzona; 

Mukowiscydoza – zwłóknienie torbielowate trzustki 
- gen autosomalny recesywny; 
- częstość w Europie 1 : 2500; 
- mutacje (ok. 500) w genie CFTR; 
- defekt przewodnictwa przez błonę kom. (kanały chlorkowe i sodowe) 
 

Bakterie cholery produkują toksyny otwierające kanały w kom. jelita. U nosicieli CF jest to 
niemożliwe; „wątpliwe dobrodziejstwo zrównoważonego polimorfizmu” 

 

 

 

H

2

 

H

2

O →   

gęstniejący śluz 

 

 

 

 

 

Cl → 

 

 

glikoproteina  P  a  niewrażliwość  na  terapeutyki  przeciw  AIDS;  proteina  P  –  część 
białkowa w błonie kom., część glikolityczna sterczy na zewnątrz; allele C i T 
CC  –  nadprodukcja  glikoproteiny  –  najszybciej  pozbywają  się  szkodliwych 
subst.(terapeutyków);  TC  –  pośrednia  ilość;  TT  –  niewiele  cząsteczek;  glikoproteina  na 
powierzchni limfocytów T i kom. wyściełających jelito umożliwia intensywne usuwanie 
szkodliwych substancji; genotyp CC chroni przed infekcjami bakteryjnymi i wirusowymi 

Cl+ 

background image

str. 39 

 

szlaku żołądkowo – jelitowego (nieżyt). Jednocześnie obniża efektywność leczenia AIDS 
intensyfikując wydalanie środków chemioterapeutycznych. 

 
Zjawiska zmieniające częstości alleli w populacjach: 

1)  równowaga H-W → brak zmiany częstości w populacji 
2)  nielosowe kojarzenie → wzrost częstości jakiegoś genotypu 
3)  migracje 
4)  dryf genetyczny 
5)  mutacje 
6)  naturalna selekcja (dobór naturalny) – np. któryś nie reprodukuje 

 
Genealogia genu (zapis pochodzenia): 

 

np. zmienność frekwencji allelu CF - ∆F508 (wywołuje mukowiscydozę) 

 

przebieg historyczny bierzemy pod uwagę oraz czas 

 

migracje ze środkowego Wschodu do Europy (nedit lub nawet paledit  – pochodząc od Basków, gdzie 

frekwencja jest bardzo wysoka, migracja) 

 
Genomika porównawcza 

 

genom  ludzki nie  jest  dużo  większy  niż  u innych  org.  i  większość  sekwencji  DNA  jest  wspólna.  Na 
poziomie  wielkości  genomu  jesteśmy  podobni  do  ryby  (pufferfish)  i  brukselki.  W  istocie,  różnice 
wynikają z organizacji genomu i sekwencji DNA. 

Wskaźnik hybrydyzacji DNA określa stopień pokrewieństwa. 
Są miejsca wspólne dla wszystkich gatunków – konserwatywne, mają istotne znaczenie! 
 
Modele zwierzęce 

 

2/3  genów  powodujących  zaburzenia  cech  mendlowskich  u  ludzi  ma  swoje  odpowiedniki  u  D. 
melanogaster
 

 

Syndrom  Waardenburga  –  jedna  mutacja  może  wywołać  podobne  spektrum  efektów  u  różnych 
gatunków ( upośledzenie słuchu, niebieskie i duże oczy oraz pasek siwiejących włosów na czole). 

 
Porównanie człowieka – szympans 

 

98,7% podobieństwa na poziomie genomu (hybrydyzacja, lata 70-te); identyczność sekwencji białek 

 

96,6% uwzględniając insercje/delecje 

 
Różnice fenotypowe są uwarunkowane indywidualnymi cechami, często determinowanymi przez poj. geny: 

1)  owłosienie  –  szympansy/goryle,  ekspresja  genu  keratyny,  którego  odpowiednik  u  ludzi  został 

wyciszony przez mutację nonsens i ma status pseudogenu; 

2)  zdolność mowy – pojedynczy gen, także obecny u szympansów ale w zmienionej formie; 
3)  hemoglobina  –  gen  kontrolujący  przejście  od  hemoglobiny  embrionalnej  do  płodowej  –  prymitywne 

naczelne  nie  mają  hemoglobiny  płodowej;  u  wyższych  naczelnych  przedłużony  okres  płodowy  – 
zwiększone wymiary mózgu; 

4)  także różnice nie w sekwencji genomu, a raczej w ekspresji genów; profil ekspresji genów w wątrobie 

bardziej zbliżony niż w mózgu. 

 
Struktura hemoglobiny: 

  faza embrionalna – 2 łańcuchy ε (epsilon) + 2 łańcuchy δ (zeta) 
  faza płodowa – 2 łańcuchy γ + 2 łańcuchy α 
  dorośli – 2 łańcuchy β + 2 łańcuchy α 

Podobieństwa  sekwencji  aminokwasów  odzwierciedlają  pokrewieństwo  ewolucyjne.  Między  człowiekiem  a 
szympansem nie ma różnic w cytochromie c. 
 
Ewolucja genu 

background image

str. 40 

 

  Porównanie tego samego genu między gatunkami naczelnych ujawnia jak elementy genomu powstały w 

wyniku mutacji, przemieszczenia i duplikacji. 

  Początek: chromosom 12 – występuje tam gen MCH ( prekursor neuropeptydu, funkcjonuje w mózgu); 

nastąpiła retrotranspozycja i fragment DNA wstawiony został w ramię p na chromosomie 5. Pojawił się 
intron  między  DNA,  więcej  intronów  i  mutacje  (niekodujący  fragment  →  w  kodujący).  Duplikacje 
sekwencji  na  ramieniu  q.  powstały  PMCHL  1  –  ekspresja  w  mózgu,  oraz  PMCHL  2  –  ekspresja  w 
jądrze. 

 

Wykład XII   8.01.08r. 

 
Czy genom ludzki uległ duplikacji? 
 

W czasie 50 mln lat dywergencja od przodka kręgowców: 

 

- podwójna duplikacja i utrata niektórych genów; 

 

- pojedyncza duplikacja i dodatkowa duplikacja niektórych sekwencji. 

 
Geny homeoboxu 
 

(HOX, homeotyczne), odpowiadają za organizację części ciała. 

 

Kontrolują kolejność w jakiej włączane są geny u embrionu i ta kaskada genów zapewnia prawidłowy 
rozwój anatomicznych części ciała we właściwych miejscach. 

 
Poszczególne  geny  ulegają  ekspresji  w  takiej  kolejności,  w  czasie  lub  pozycji  anatomicznej,  w  jakiej  są 
zlokalizowane na chromosomie. 
 

Mutanty: antennopedia u D. melanogaster → odnóża w miejsce czułków na głowie. 

 
Organizacja  klasterów  genów  HOX  u  ssaków  i  Amphioxus  sugeruje  możliwość  pojedynczej  lub  podwójnej 
duplikacji pierwotnego genomu. 
 
D. melamogaster 2 grypy : ultrabithorax i antennopedia; 
U kręgowców w 4 grupach: A, B, C, D stanowiąc 39 genów. 
 
geny  paralogiczne  –  geny  bądź  fragmenty  chromosomu,  które  wykazują  bardzo  wysoki  stopień  homologii 
wewnątrz gatunku. 
 
Mutacje w genach homeoboxu u ludzi: 

 

forma białaczki – białe krwinki powstające z komórek pierwotnych wprowadzone na niewłaściwy szlak 

rozwojowy zachowują zdolność szybkich podziałów powodując nowotwór; 

 

syndrom DiGeorge – brak niektórych części ciała (grasica) i nieprawidłowy rozwój innych; 

 

synpolidaktylia 

 
Transfer genów jednego gatunku do komórek innego dowodzi wysokiej konserwatywności Homeoboxu. 

mysi gen antennopodia → D. melanogaster odnóża na głowie 
ludzki → zaburzenia rozwoju głowy u myszy 

 
Genetyka zachowania 
 

(badanie zmian funkcjonalnych ukl. nerwowego) determinizm genetyczny (dzieci sławnych rodziców); 

 

Cechy behawioralne, to m.in.: - zdolności 

 

 

 

 

        - uczucia 

 

 

 

 

        - nastroje 

 

 

 

 

        - osobowość 

 

 

 

 

        - inteligencja 

 

 

 

 

        - reakcje na stres, zagrożenie 

 

Zaburzenia o symptomach behawioralnych: - fobie 

 

 

 

 

 

 

   - niepokoje – stany lękowe 

 

 

 

 

 

 

   - demencje 

background image

str. 41 

 

 

 

 

 

 

 

   - psychozy 

 

 

 

 

 

 

   - zmiany nastroju 

 

 

 

 

 

 

   - uzależnienia 

 
Geny wpływają na większość cech behawioralnych. 
Większość zaburzeń behawioralnych zgodnych z klasycznym (złożonym) profilem dolegliwości: 
 

raczej częste > 1/1000 

 

poligenowe 

 

wieloczynnikowe 

 
Monogenowych niewiele – np. pląsawica Huntingtona 
 
Nowe metody badania biologicznych podstaw cech behawioralnych: 

  analiza związków, korelacji markerów genetycznych (SNP) i poszczególnych symptomów; 

  analiza  mutacji  w  „podejrzanych”  genach,  które  są  obecne  wyłącznie  u  osobników  przejawiających 

daną cechę. 

 
Geny kontrolują syntezę, poziom i dystrybucję neurotansmitterów. 
Wiele genów wpływających za zachowanie koduje białka związane z neurotransmisją. 
Transdukcja – zmiana formy. 
 

Bodziec → receptor  w  błonie (ocenia, przekazuje i wzmacnia sygnał) → receptor przekazuje sygnał, 
aktywuje  regulator → regulator  aktywuje  enzym  →  utworzenie  cAMP  (wtórny  posłaniec)  z  ATP  → 
odpowiedź komórki (tu następuje wzmocnienie) 

 
Defekty 
     - NF 1 ( nerwiakowłókniakowatość) – komórka nie blokuje transmisji sygnału czynnika wzrostu do podziału 

komórki; leczenie: blokada receptorów czynnika wzrostu; 

 
Geny  wpływające  na  dziedziczne  składniki  zaburzeń  nastroju  i  chorób  umysłowych  (norma?)  związane  są  z 

neurotransmisją i transdukcją sygnału. 

 
ADHD (attention deficit hyperactivity disorder) 

leczenie skierowane na dopaminę i kontrolę jej funkcjonowania; 

 
Autyzm (zaburzenie komunikowania) 
 

- „skanowanie genomu” wskazało „podejrzane” geny na 14 różnych chromosomach. 

 
Zaburzenia odżywiania: 
 

- anoreksja 0,5%; najwyższe ryzyko śmierci 15 – 21% 

 

- bulimia 2,5% 

Odziedziczalność 0,5 – 0,8% 
 
Geny kontrolują wagę ciała 

 

Adipocyty  (kom.  tłuszczowe)  –  uwalniają  leptynę  (hormon  białkowy)  podczas  jedzenia,  z  kwiobiegiem 
przenoszona  do  mózgu  (do  jadra  łukowatego,  w  podwzgórzu),  gdzie  wiązana  jest  przez  receptory  na 
powierzchni  neuronów,  to  stymuluje  wydzielanie  MSH  (hormonu  melanotropowego)  wiązanego  przez 
receptor melanokortyny (MC4R), kompleks ten aktywuje supresory apetytu (tracimy apetyt) i  blokowane 
są  stymulatory  apetytu.  Uwalniany  jest  enzym  SCD-1  (jego  wysoki  poziom  przyczynia  się  do 
metabolizowania,  spalany  jest  tłuszcz  i  uwalniana  jest  energia;  przy  małej  jego  ilości  odkładany  jest 
tłuszcz). 

 

Przy niskiej ilości leptyny uwalniany jest neuropeptyd Y, który stymuluje receptory apetytu. 

 

Leptyna jest lekarstwem dla 15% otyłych (gdy otyłość wynika z wad syntezy leptyny). 

 

Pozostałe osoby mają problem z receptorami leptyny. 

background image

str. 42 

 

  Leptyna – stymuluje kom. podwzgórza do obniżania apetytu i metabolizmu. 

  Neuropeptyd Y – podnosi apetyt. 

  Grelina – hormon peptydowy, sygnalizuje głód (pochodzi z żołądka) w krótkim czasie przesyła sygnał  do 

mózgu, stymulując neuropeptyd Y 

  PYY – w przypadku sytości daje sygnał do mózgu i spada apetyt 

 
Sen (narkolepsja): 
- w 1999 zidentyfikowano mutacje w genie kodującym receptor neuropeptydu (hipokretyny); 
- mechanizm: 

  Receptor nie dociera do powierzchni pewnych komórek mózgu, które nie mogą otrzymać sygnału, by 

trwać w stanie przebudzenia. 

  Receptor niefunkcjonalny. 

-  w  1998  odkryto  białko  (oreksynę)  wiążące  się  z receptorem  hipokretyny;  myszy  pozbawione  genu  oreksyny 

nagle zapadają w sen podczas jedzenia. 

- gen receptora hipokretyny/oreksyny jest zlokalizowany 
   

u psów na chromosomie 12 

   

u ludzi na chromosomie 6 

- mózg ludzi cierpiących na narkolepsję wykazuje deficyt hipokretyny/oreksyny 
- FASPS – 19:30 - 4:30;  

 

gen period na końcach chromosomu 2q u ludzi 1 podstawienie nukleotydowe w tym genie; 

 

cecha autosomalna dominująca; 

 

ta  mutacja  uniemożliwia  wiązanie  grupy  fosforanowej  przez  białko,  co  jest  konieczne,  by  przekazać 

sygnał synchronizujący cykl sen – czuwanie ze wschodem i zachodem Słońca; 

 

gen period ma odpowiedniki u chomika i muszki owocowej, wywołujące zmiany cyklu sen – czuwanie 

 

także inne przyczyny syndromu FASPS. 

 
Inteligencja: 

 

odnosi się do: zdolności rozumowania, uczenia się, zapamiętywania, kojarzenia, dedukcji i tworzenia; 

  1904, Alfred Binet, Sorbona – test IQ 

  Pytania werbalne, numeryczne i obrazkowe 

 

Przeciętna – 100 pkt.; 2/3 ludzi 85 – 115; za łagodne opóźnienie umysłowe uważa się 50 – 70 pkt. 

 

Niewielka rola środowiska → IQ dzieci adoptowanych jest zbliżony do ich rodziców biologicznych; 

  Genetyczne podłoże różnic w inteligencji: 

  niemal  wszystkie  syndromy  wynikające  z  anomalii  chromosomowych  (Downa,  łamliwego 

chromosomu X) związane są z opóźnieniem umysłowym; 

  pojedyncze geny wpływające na inteligencję → białka kontrolujące neurotransmisję; 
  stwierdzono  silną  korelację  pewnego  profilu  SNP  genu  kodującego  cząst.  zaangażowaną  w 

połączenie kom. nerwowych (N-CAM, neural cellular adhesion molecule) z wysokim IQ! 

 

metody badań: 

 

związek genu o znanej funkcji z inteligencją 

 

skanowanie  genomu  w  celu  lokalizacji  genów,  których  produkty  białkowe  wpływają  na 

połączenia nerwowe 

 

fragment  chromosomu  4  zawiera  geny  (3)  związane  z  inteligencją  co  stwierdzono  przez  porównanie 

147 markerów w grupie dzieci o wysokim IQ i grupie kontrolnej (przeciętnych). 

 
Uzależnienie: 

  ośrodek uzależnień w mózgu zlokalizowano przez koncentrację  badań receptorów powierzchniowych 

komórek, które wiążą neurotransmitery; 

  zmiany  w  mózgu  przyczyniające  się  do  uzależnienia  zachodzą  w  grupie  funkcjonalnie  podobnych 

struktur tworzących układ limbiczny; 

  uwarunkowanie  uzależnień  na  poziomie  molekularnym,  oddziaływań  neuron  –  neuron…  odpowiedź 

behawioralna; 

  białka zaangażowane w uzależnienie, to te które: 

background image

str. 43 

 

 

są elementem szlaków biosyntezy neurotransmiterów, jak np. enzymy; 

 

tworzą transportery odbiorcze, które usuwają nadmiar neurotransmiterów z synapsy; 

 

tworzą receptory na neuronach postsynaptycznych, które są aktywowane lub inaktywowane gdy 
jest wiązany specyficzny neurotransmiter; 

 

są częścią szlaku transdukcji sygnału w neuronie postsynaptycznym. 

  opium,  kokaina,  itd.  wiążą  się  z  receptorami  neuronów  ludzkich  →  mamy  własne  wersje  tych 

substancji; 

  ludzkie ekwiwalenty opioidów to: endorfiny i enkefaliny. 

Zaburzenia nastroju: 

  depresja, depresja maniakalna; 
  przyczyna: 

 

brak serotoniny (neurotransmiter), która wpływa na nastrój, emocje, apetyt i sen; 

 

istotny jest także poziom norepinefryny; 

  anomalie występują w białkach transportujących neurotransmitery z synapsy do „pomp odbiorczych” w 

neuronie presynaptycznym; 

  transportery nadaktywne lub w nadmiarze obniżają poziom neurotransmiterów; 
  leki  antydepresyjne  (SSRI)  –  zapobiegają  odbieraniu  serotoniny  z  synapsy  przez  neurony 

presynaptyczne; 

  w  efekcie  zwiększona  jest  dostępność  neurotransmitera  i  wyższa  stymulacja  neuronu 

postsynaptycznego; 

  leczenie: blokowane są receptory wiążące na powrót serotoninę w neuronie presynaptycznym. 

 
 

Wykład XIII   15.01.08r. 

 
Genetyka nowotworów: 

  wg Hipokratesa „karkinos” – rak 
  nowotwór – jest zespołem zaburzeń, które powstają na skutek zmian w genach; 
  powstaje  wówczas,  gdy  kom.  wymyka  się  spod  kontroli  mechanizmów  decydujących  o  tempie  i 

przebiegu jej cyklu komórkowego: wzrost, różnicowanie i śmierć; 

  białkowe czynniki wzrostu i cząsteczki związane z sygnałem – zew. kom. 
  czynniki transkrypcji – wewnątrz kom. 

droga nieograniczonych podziałów 

czynnik wzrostu 
 

 

 

 

transdukcja 

 

 

 

 

sygnału 

 

komórka  nowotworowa  staje  się  niewrażliwa  na  sygnały 
biochemiczne  z  otaczających  komórek:  podział,  stop, 
ekspresja zestawów genów specjalizujących komórkę. 
 
HeLa – linia komórkowa, hodowana sztucznie na pożywce 
tkankowej,  pochodzi  od  Henrietty  Lacks,  która  zmarła  na 
raka  w  1951r.,  a  jej  komórki  nadal  się  dzielą 
(nieograniczone podziały). 
 
 

Punkty kontrolne cyklu komórkowego: 

 

punkt kontroli uszkodzeń DNA – może pojawić się w fazie S (replikacja) i gdy powstaną jakieś błędy, 

zostaje wydłużona faza S aby mogły zostać naprawione; 

  w G

1

 

  w G

2

 

Czynniki transkrypcyjne 

 

 

Działanie telomerazy 

background image

str. 44 

 

  punkt  apoptozy  –  pojawią  się  między  G

2

  a  profazą;  odpowiedni  poziom  surviviny  warunkuje  zajście 

apoptozy (jej akumulacja), bądź przejście do mitozy; 

 

punkt  wrzeciona  podziałowego  –  w  anafazie;  tu  powstają  pytania:  czy  powstało  wrzeciono?;  czy 

chromosomy prawidłowo wiążą się z wrzecionem?; czy prawidłowo zostają ulokowane chromosomy? 

 
Apoptoza: 

 

gdy  coś  niedobrego  dzieje  się  z  komórką, zostają  uruchomione  kaspazy  (niszczą  wnętrze  komórki) i 

dzielona ona jest na fragmenty; 

 

fagocyty trawią pozostałości. 

 
Nowotwór raczej na poziomie komórkowym niż całego organizmu: 

  10%  to  zaburzenia  monogenowe  (w  kom.  generatywnych)  –  wtedy  nowotwór  całego  organizmu; 

podstawy dziedziczne; 

  reszta nowotworów powstaje w komórkach somatycznych 

 

łagodny – ograniczony tylko do jednej tkanki; ograniczony zasięg; 

 

złośliwy – gdy przerzuty na inne tkanki i narządy 

 

system  immunologiczny  niszczy  większość  komórek  nowotworowych  po  rozpoznaniu  specyficznych 

antygenów na ich powierzchni 

 
Etapy karcinogenezy: 

I.  pre–inicjacja – ekspozycja organizmu na karcinogeny (powodują zmiany w DNA, genach - mutacje) 
II.  inicjacja – nagromadzenie tych mutacji 
III.  progresja – nowotwór zaczyna się rozwijać 

Zaczyna się od pojedynczej mutacji do rozległych zmian w ekspresji genów (prowadzi do niekontrolowanych 
podziałów). 
 
Dzięki mikromacierzy DNA (związana z ekspresją genów) ujawniono ukryty typ białaczki (MLL): 
 

ALL – ostra białaczka limfatyczna 

 

MLL – białaczka linii mieszanej (mixed-lineage); wiek dziecięcy 

 

AML – ostra białaczka szpikowa 

 

W 2002 odkryto różnicę między MLL a ALL wyrażającą się ekspresją genów; 200 genów wykazywało 
nadekspresję, a 1000 było o obniżonej ekspresji genów. 

 
Nowotwory dziedziczne: 

 

pierwsza mutacja w linii zarodkowej, która uwrażliwia na powstanie nowotworu; 

 

druga mutacja w tkance. 

Nowotwory spontaniczne – obydwie mutacje w jednej tkance. 
 
Np. Siatkówczak sporadyczny i dziedziczny: 

  chromosom 13 (na ramieniu q) – tam gen odpowiedzialny 

 

½ dzieci u których rozwija się siatkówczak (RB – retinoblastoma), dziedziczy podatność na nowotwór; 

 

mutacja genu supresora jest delecją pozbawiającą funkcji; 

 

normalnie, białko 928AA wiąże czynniki transkrypcji uniemożliwiając mitozę; 

  sporadyczny – atakuje najczęściej tylko jedno oko, a dziedziczny – oba; 

  sporadyczny – obydwa allele są pierwotnie normalne, w którymś momencie następuje zmiana jednego z 

alleli na nieprawidłowy, w wyniku delecji drugiego allela powstaje siatkówczak; 

  dziedziczny  –  mutacja  podczas  tworzenia  gamet,  zygota  już  ma  jeden  uszkodzony,  wystarczy  tylko 

jedna mutacja i oba allele będą uszkodzone. 

 

Pacjent 1  

 

Pacjent 2 

Pacjent 3 

Pacjent 4 

 

S       T 

 

S       T   

S       T   

S        T 

→ 
→ 

background image

str. 45 

 

Utrata heterozygotyczności allelu.   

 

S – tkanka somatyczna; T – guz 

 

obniżony poziom 

 
Sześć możliwych par chromosomu 13, które mogą powstać w kom. siatkówczaka u osoby z predyspozycją do 
rozwoju tego nowotworu. 

Para chromosomów 13 w prawidłowej kom. osoby 

z predyspozycją do rozwoju siatkówczaka 

 
 
 
 
 

nondysjunkcja 
(utrata punktowa) 

nondysjunkcja i 
reduplikacja 

mitotyczna 
rekombinacja 

konwersja genu 

delecje 

mutacje 

 

 

 

 

 

 

Charakterystyka komórek nowotworowych: 

  śliskie, oleiste, mniej przyległe; 
  utrata kontroli cyklu komórkowego; 
  dziedziczność – jeżeli komórka nowotworowa się dzieli, to każda z potomnych jest też nowotworowa; 
  zdolność  transplantacji  –  kom.  nowotworowa,  gdy  znajdzie  się  w  innym  organizmie  tego  samego 

gatunku, też jest nowotworowa; 

  utrata zróżnicowania (specjalizacji); 
  utrata  inhibicji  kontaktu  –  normalne  komórki  w  kontakcie  z  sobą  uniemożliwiają  podział,  kom. 

nowotworowe nakładają się jedne na drugie tworząc stosy; 

  zdolność angiogenezy  – zdolność do tworzenia dodatkowych naczyń zaopatrujących w tlen i związki 

odżywcze; 

  inwazyjność – atakują inne tkanki; 
  podniesione tempo mutacji; 
  zdolność rozprzestrzeniania (metastaza). 

 
Angiogeneza  –  wzrost  nowych  naczyń  krwionośnych;  komórki  wewnątrz  guza  nie  mają  dostępu  do  tlenu, 
dlatego wydzielają naczyniowy, śródbłonkowy czynnik wzrostu, dzięki któremu możliwe jest tworzenie nowych 
naczyń. 
 
Typy genów powodujących nowotwory: 

1)  Onkogen – aktywnie promuje nowotwór. Normalna wersja, proto-onkogen kontroluje cykl komórkowy. 

Onkogen aktywuje podział komórki w niewłaściwym czasie lub miejscu; 

NABYCIE NOWEJ FUNKCJI 

2)  Mutacja genu supresora nowotworu – mutacja (delecja) znosi zwykłą supresję podziału komórki; 

UTRATA FUNKCJI 

3)  Mutacja genu naprawy DNA – efekt pośredni. Uszkodzony gen pozwala na akumulację wielu mutacji, 

niektóre w proto-onkogenach i genach supresorowych. 

 
Od 1976 wykryto: > 100 onkogenów, > 30 genów supresorowych – których delecja lub inaktywacja powoduje 
nowotwór. 
 
Wyższa ekspresja genu w nowej lokalizacji (onkogeny): 

1)  Inwersja chromosomu 11 – nowotwór gruczołów przytarczycy 

Proto-onkogen  obok  sekwencji  DNA  kontrolującej  transkrypcję  genu  hormonu  przytarczycy.  Gdy 
gruczoł  syntetyzuje  hormon  –  następuje  ekspresja  onkogenu.  Komórka  dzieli  się  tworząc  guz 
nowotworowy. 

background image

str. 46 

 

+ substrat 

substrat 

efektor 

onkogen 

Białko powierzchniowe- 
receptor czynnika wzrostu 
(kinaza tyrozynowa) 

Epidermalny 
czynnik wzrostu 

2)  System  immunologiczny  przyczynia  się  do  powstania  nowotworu,  gdy  translokacja  lub  inwersja 

umieszcza proto-onkogen obok genu przeciwciała. 

3)  Infekcje  wirusowe  –  nowotwór  wątroby  w  wyniku  zapalenia  wątroby;  gdy  proto-onkogen  omyłkowo 

aktywowany łącznie z genami przeciwciał. 

 
Translokacja przyczyną nowotworu: 
 

np. chłoniak Burkitta – infekcja wirusem Epstein – Barra; podczas tworzenia przeciwciał translokacja 8, 
14  i  wtedy  oba  geny  znajdują  się  obok  siebie  (na  jednym  chromosomie),  wobec  czego  podczas 
aktywacji genu przeciwciał, aktywowany jest też onkogen. 

 
Białka fuzyjne (połączone z dwóch innych) o nowych funkcjach: 
 

np.  chromosom  Philadelphia  (Ph’)  wynikiem  translokacji  9,  22;  występuje  u  chorych  na  przewlekłą 
białaczkę  szpikową  (CML);  końcówka  chromosomu  9  zostaje  przeniesiona  na  chromosom  22,  a 
fragment 22 na koniec 9. Skrócony chromosom 22 – Ph’. Onkogen ABL przeniesiony 9 – 22, łączy się 
z sekwencją BCR – forma enzymu kinazy tyrozynowej. 

 
Białko połączone „fusion protein” a chroniczna białaczka szpikowa – takie białko ma przedłużoną aktywność! 
 
 
 
 
 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Tyrozyna 

 
 
 

 
 
 
 
 
 
 

 

 

 

 

P – tyrozyna 

ATP – P – P  
 

 

 

 

Chroniczna białaczka szpikowa 

 
Leczenie:  lek  –  Gleevec  wchodzi  w  miejsce  wiązania  ATP  i  nie  dopuszcza  do  ufosforylowania  tyrozyny  w 

substracie, w wyniku czego nie może przyłączyć się efektor. 

 
Zbyt mocny sygnał do podziału komórki; ok. 25% przypadków nowotworu piersi 
 

  
 

 
 

koduje 

 

 
  

przyłącza się  

background image

str. 47 

 

  
 
 
normalnie jest ich 20000, a może  
wzrosnąć do 2 mln kopii 
 

 

 

 

transkrypcja genów stymulujących 

 

 

 

 

podział komórki 

 
Normalnie  białko  p53  zapobiega  wielu  nowotworom  –  koduje  czynnik  transkrypcyjny,  który  decyduje  czy 

komórka naprawia błędy replikacji DNA czy ginie na drodze apoptozy. 

p53 – gdy jest uszkodzony gen , komórka dzieli się dalej, co jest powodem 50% nowotworów! 
 
RB, p53, BRCA 1, BRCA 2  – to geny supresorowe, które wzajemnie reagują ze sobą w jądrze  – oddziałują w 

celu naprawy dwuniciowych uszkodzeń DNA (zmiany struktury chromosomów). 

 
Środowisko inicjuje mutacje lub zmiany w ekspresji genu p53 prowadzące do nowotworu: 

  wirusy 

  toksyny   

 

zmiany w p53 

 

mutacje somatyczne 

 

rak 

  promieniowanie 

 
Seria zmian genetycznych transformuje normalne ostrocyty(?) wzmacniające kom. nerwowe w mózgu, w szybko 
rozwijający się nowotwór. 
utrata lub mutacja 

utrata genów chrom. 9 

 

aktywacja 

 

utrata chromosomu 10, 

obu alleli p53,    

kodujących interferony   

onkogenu 

 

nieznana rola 

supresorów raka   

i supresory raka   

 

podnosi sygnał wzrostu 

 
Szereg genów przyczynia się do rozwoju nowotworu jelita: 

  uszkodzenie genu supresorowego (jego skrócenie), którego produkt białkowy  chroni przed przerostem 

nabłonka; normalne kom. żyją 3 dni; 

 

uszkodzenia genów akumulują się w miarę upływu czasu 

 
prawidłowy nabłonek 

 

stadium wczesne  

 

stadium pośrednie 

gruczolaka 

 

 

gruczolaka 

 

 

gruczolaka 

 

 

inaktywacja genu  

 

aktywacja onkogenu 

 

 

 

supresorowego APC 

 

KRAS   

 

inaktywacja genu 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

supresorowego DDC 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

przerzuty 

 

 

rak jelita grubego  

 

stadium późne 

gruczolaka 
 

 

inne mutacje 

 

 

inaktywacja genu 

 

 

 

 

 

 

supresorowego p53 

Rys. Etapy progresji prawidłowego nabłonka jelita grubego do guza przerzutowego. 
 
Warzywa krzyżowe (brukselka, brokuły) obniżają ryzyko nowotworu. 
 
 

Wykład XIV   22.01.08r.