Genetyka człowieka
Jest nauką o biologicznej zmienności u człowieka, obejmująca zarówno stan fizjologii jak i patologię. Fizjologie i patologie determinują zmiany w DNA.
G. Mendel przedstawił i opublikował swoje prace w 1865 roku, znaczenie jego odkryd potwierdzono dopiero na początku XX wieku.
Kliniczne zastosowania wiedzy genetycznej nastąpiło, przede wszystkim, w ciągu ostatnich 50 lat. Watson - zaproponowali model struktury DNA.
1836 - Schleiden i Schwann wprowadzili pojęcie komórki - podstawowej żywej jednostki.
1868 - Haeckel wysunął koncepcję, że za dziedziczenie odpowiedzialne jest jądro komórkowe
1882 - Flemming zidentyfikował w obrębie jądra chromosomy
1903 - Sutton i Boveri odkryli, że geny znajdują się w chromosomach
1944 - Avery, MacLeod i Mc Carty dowiedli, że dziedzicząca się informacja zawarta jest w kwasie nukleinowym
1953 - Watson i Crick dowiedli, że DNA ma strukturę podwójnej spirali
Łańcuch zdarzeń w genetyce
1952 - radiogram krystalicznej struktury DNA - R. Franklin
1953 - odkrycie struktury DNA - Watson i Crick
1961 - odkrycie kodu genetycznego - Nirenberg i inni
1969 - izolacja pierwszego genu - Harvard Med. Sci.
1973 - pierwszy sukces inżynierii genetycznej (insercje genu do bakterii)
1978 - sklonowanie genu insuliny
1980 - pierwsza transgeniczna mysz (do genomu myszy wprowadzono nową informację genetyczną, po to żeby obserwowad co ona wywoła)
1982 - zgoda (FDA) na wprowadzenie na rynek rekombinowanego leku - insuliny
1983 - metoda amplifikacji DNA (PCR) - K. Mullis (polega to na tym, że metoda umożliwia powielenie DNA z komórki do ilości widocznej gołym okiem)
1986 - pierwsza rekombinowana szczepionka przeciw WZW B
WYKŁADY - BIOMEDYCZNE PODSTAWY ROZWOJU / SEMEST LETNI 2010/2011 Prof. dr med. Tadeusz Mazurczak 12
1989 - pierwszy test genetyczny (preimplantacyjne określenie płci)
1990 - Program Sekwencjonowania Genomu Człowieka (HUGO)
1997 - sklonowana owca Dolly
1999 - pierwszy przypadek zgonu w wyniku terapii genowej
2000 - zsekwencjonowanie genomu człowieka
2002 - sklonowanie człowieka ??
Genetyka medyczna
„… To ta częśd medycyny, która jest determinowana genetycznie i ta częśd genetyki, która dotyczy medycyny…” V. McKisick
DNA zawiera informację o syntezie białek
Komórki potrzebują:
o Instrukcji, by odpowiednio regulowad produkcję białek
o Zdolności do przekazania tej informacji komórce potomnej podczas podziału
Spełnienie tych warunków możliwe jest dzięki obecności podwójnej helisy DNA, która zawiera dwie nici DNA połączone słabymi (bo łatwo te dwie nici rozerwad) wiązaniami chemicznymi.
Budowa DNA
Cząsteczka DNA zbudowana jest z trzech elementów:
o Zasad (Purynowe i Pirymidynowe)
o Cukrów (Pentoza i Deoksyryboza)
o Fosforanów (są źródłem energii dla procesów biochemicznych odbywających się w komórce)
Składniki te połączone są trzema rodzajami wiązao:
o Kowalencyjnymi
o Wodorowymi
o Estrowymi
Składowe cząsteczki DNA
ZASADA + CUKIER = NUKLEOZYD
ZASADA + CUKIER + FOSFORAN = NUKLEOTYD
Ważna jest komplementarnośd zasad
Nid DNA ma 2 metry.
Chromatyna
Całkowita długośd wszystkich nici DNA w pojedynczej komórce wynosi około 2 metrów, co mieści się w jądrze komórkowym o średnicy zaledwie kilku milimetrów. Jest to możliwe dzięki istnieniu kompleksu nukleoproteidowego - chromatyny.
Chromosomy
Podczas podziału komórki chromatyna ulega stopniowej kondensacji do postaci chromosomów.
Można je oglądad w mikroskopie świetlnym.
Aberracje chromosomowe - nieprawidłowości w chromosomach
WYKŁADY - BIOMEDYCZNE PODSTAWY ROZWOJU / SEMEST LETNI 2010/2011 Prof. dr med. Tadeusz Mazurczak 13
Składa się z dwóch chromatyd połączonych ze sobą przewężeniem, zwanym centromerem (powoduje on, że ramiona chromosomu są podzielone na długie *Q+ i krótkie *P+)
Prążki G - na podstawie wzoru prążkowego rozpoznajemy konkretne chromosomy. Brak prążka świadczy o nieprawidłowościach chromosomalnych
Kariotyp
Każdy gatunek ma specyficzną liczbę i charakterystyczny układ chromosomów, zwany kariotypem. Komórka ludzka zawiera 46 chromosomów. Dwa z nich są chromosomami płci (dwa chromosomy X u kobiet oraz chromosomy X i Y u mężczyzn), a pozostałe 44 autosomami (22 pary oznaczone liczbami od 1 do 22)
Kariotyp męski - 22 pary to chromosomy autosomalne; 23cia para to chromosom płci XY
Kariotyp żeoski - autosomy są identyczne, a 23 - XX
Replikacja DNA
Każda z nici DNA służy jako matryca do syntezy NOWEJ komplementarnej nici.
Replikacja DNA jest semikonserwatywna, co oznacza, że w nowej cząsteczce jedna nid pochodzi ze starej cząsteczki, czyli jest zachowana („konserwowana”).
Gen a białko - ekspresja genu. Informacja zakodowana w DNA genów prowadzi do wytworzenia białek, które pełnią funkcje życiowe organizmu.
REPLIKACJA DNA TRANSKRYPCJA RNA TRANSLACJA BIAŁKO
Eukariotyczny cykl komórkowy
Proces wzrostu i podziału komórki eukariotycznej nazywany jest cyklem komórkowym, w którym wyróżniamy kilka faz (mitoza - tylko tam są widoczne chromosomy; faza G0 - komórka dzieląca się przechodzi w stan uśpienia - nie objawia swojej działalności).
Ekspresja genów: produkcja białek
Gen jest sekwencją DNA kodującą pojedynczy polipeptyd.
Transkrypcja = synteza mRNA z wykorzystaniem informacji zawartej w DNA
Translacja = to wykorzystanie tej informacji do syntezy białka (odbywa się w cytoplazmie)
Ekspresja genu obejmuje transkrypcję fragmentu DNA do RNA oraz translacje RNA na polipeptyd.
Kod genetyczny
Każdy z 20 aminokwasów jest kodowany przez trójkę (tryplet) zasad, tzw. Kodon.
Jako, że występują 4 różne zasady liczba możliwych kodonów wynosi 4 x 4 x 4 = 64
Wynika z tego, że pojedynczy aminokwas może byd kodowany przez więcej aniżeli 1 kodon.
Kilka kodonów koduje ten sam aminokwas.
Jest taki sam dla wszystkich organizmów żyjących na Ziemi.
Sekwencja nukleotydów określa rodzaj i kolejnośd aminokwasów w białkach.
61 tryplety kodują 20 aminokwasów; 3 pozostałe to kodony STOP
W DNA - w jego sekwencji nukleotydów - zakodowana jest informacja o strukturze i rodzaju białek, różnych rodzajach RNA oraz o właściwościach regulacyjnych genów.