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 à DNA àTRANSKRYPCJA à RNA àTRANSLACJA à 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.
pedspec2012