Object 12 34 Vyučující: Mgr.Ludvík Kašpar Jméno:Chromec Marek Datum:13.12.2009 Referát na téma: Dědičnost Genetika ( DNA) Něco z historie : Alfons Bertillon, velký francouzský detektiv vyšetřil v roce 1802 jeden pařížský mord. Použil k tomu nový vynález, který vnesl strach do samého srdce podsvětí. Osmdesát tři let poté byly poblíž leicestershirské vísky Narboroug zavražděny dvě dívky. Vražda byla i tentokrát odhalena díky technickému pokroku, ačkoliv mechanismus, jehož zásluhou k odhalení došlo, by byl Bertillona nejspíš dost zaskočil. Oba případy spojuje první a poslední vývojové stádium lidské genetiky jako vědeckého oboru. Pařížský vrah byl dopaden, protože na místě činu zanechal otisky prstů. Bylo to poprvé, co byly otisky prstů použity jako důkaz totožnosti. Tato myšlenka pochází z Japonska, kde byl otisk prstu používán zároveň jako podpis hrnčíře. Vrah byl usvědčen. V novém testu se však hledaly individuální rozdíly v genetickém materiálu zanechané na místě činu. Fingerprint DNA (doslova otisk prstu DNA ) byl stejně důležitým důkazem jedinečnosti každého člověka, jako jím byl Bertillonův rozhodující důkaz či podpis Japonského hrnčíře. Život je ale většinou složitější než věda : vrah (pekař Colin Pitchfork) byl dopaden, až poté, co fingerprint DNA vyloučil mladého muže, který provedl falešné doznání, a poté,co vrah přemluvil svého přítele, aby si pod jeho jménem nechal odebrat krev. S myšlenkou použít otisky prstů k vystopování kriminálníků přišel Francis Galton, bratranec Charlese Darwina. Tento muž založil laboratoř University College v Londýně. Galton přišel s myšlenkou, že lidské vlastnosti jsou zakódovány ve specifické dědičnosti, kterou každý přebírá od svých předků. Jeho práce nepřímo vedly až k dnešnímu explozivnímu výzkumu lidské genetiky. Zvláště pak se zajímal o dědičnosti genetiky a sám se samozřejmě mezi génie řadil. Ve své knize Dědičný Génius (Hereditay Genius) z roku 1869 zkoumal původ významných lidí objevil, řečeno jako slovníkem sklony ke genialitě, které se ve stejném rodu znovu a znovu opakovaly. To byl podle něj důkaz že se jedná o schopnosti vrozené a nikoliv získané. Galton byl první, kdo se pokusil určit povahu lidské dědičnosti vyhledáváním atributů jako např. schopnost či neschopnost udělat kariéru soudce -, místo aby spekuloval nad takovými vagními schopnostmi, jako je muzikálnost nebo nešikovnost. Galton a jeho následníci by byli překvapeni tím, co dnes biologie dokáže. Fingerprint DNA je dnes běžně používán v kriminální praxi. I šimpanzi mají otisky prstů. Každý gen musí mít předka. Dnes už víme že poměrně velká část jejich DNA je identická s naší. Genetika je klíč k minulosti. Nejznámější věta knihy O původu druhu vyjadřuje že, na člověka a jeho původ bude vrženo světlo. Darwinovou myšlenku, že člověk má společný původ se všemi ostatními tvory, dnes přijímají všichni biologové. Hlavním důvodem je DNA. Po roku 1898 : se paní E.H. Harimonová, vdova po železničním magnátovy, rozhodla věnovat část majetku po svém muži na studium povznesením lidstva. Vedle původní laboratoře byl postaven Eugentický registrační úřad. Zaměstnával více než 200 pracovníků, kteří přímo v terénu sbírali poznatky o dědičných znacích. Jejich 750 000 genetických záznamů obsahovalo studie dědičných chorob, barvosleposti, stejně jako záznamy o dědičnosti takových rysů, jako je plachost, chudoba, či bezbrannost. Zajímavosti o DNA : Ačkoliv slovník dědičnosti je velmi jednoduchý, poselství, které předává je velmi dlouhý. Každá buňka v těle obsahuje okolo 180 cm DNA. Nepodstatné, nicméně zajímavé je, že pokud bychom natáhli DNA ze všech buněk jediného člověka, dosáhlo by osmtisíckrát na měsíc a zpět.
Základní genetické pojmy: Genetika : je biologická věda zabývající se zkoumáním zákonitostí dědičnosti (heredity) a proměnlivosti (varibiality) organismů souvisí s jejich schopností rozmnožovat se. rozmnožování (reprodukce) je schopnost organismu vytvářet nové organismy a týmiž druhotnými vlastnostmi, jakou mají organismy rodičovské. Organismy se mohou rozmnožovat pohlavně a nepohlavně. Generace vzniklé nepohlavním rozmnožováním se nazývají klony a způsob rozmnožováni klonování. Generace vzniklé pohlavním rozmnožováním se označují jako potomstvo. Pohlavní rozmnožování dvou vybraných jedinců se označuje jako křížení. Křížení je základní metodou genetického výzkumu a také základní šlechtitelskou metodou. Lékařská genetika se mimo jiné zabývá studiem dědičnosti lidských chorob a možností jejich prevence. Mohutný rozvoj zaznamenala zejména v posledních letech využitím metod molekulární biologie. Dědičnost : schopnost rodičovských organismů předávat své vlastnosti v podobě vloh svých potomků projevuje se při rozmnožování. Umožňuje zachovat charakteristické vlastnosti organismu pokračování biologického druhu. Proměnlivost : schopnost organismu měnit své vlastnosti umožňuje adaptaci organismu a určité prostředí vývoj biologického druhu Lokus : úsek DNA obsahující jeden gen určením lokusů jednotlivých genů vznikne chromozómová mapa Genotyp : soubor genů v organismu Genom : soubor genů v jedné buňce jaderný, + mimojaderný. U jednobuněčných organismů genotyp = genom Genofond : soubor genů v populaci Genová terapie : léčba chorob Gen (vloha) : základní jednotka dědičné informace tvořená úsekem DNA a uložená na chromozómu. Na základě této informace vzniká zcela určitá bílkovina nebo molekula RNA, plnící specifické funkce. Poškození genů např. mutací způsobí poruchu či absenci těchto funkcí. Člověk má ve všech svých buňkách (mimo buněk pohlavních) jeden pár od každého genu (od každého z rodičů jeden). Počet genů člověka je zhruba 50000 až 100 000. Každá buňka těla obsahuje všechny geny, ale jen část z nich využívá. Geny dělíme na malého a velkého účinku, strukturní, regulační a geny pro RNA Genetický kód : sekvence nukleotidů v makromolekule NK Dědičné nemoci : Některé dědičné nemoci jsou způsobovány poruchou známého genu. Například fenylketonurie je způsobena defektem genu pro enzym, který je nezbytný pro metabolismus aminokyseliny fenilatominu. Získá-li dítě dva takto defektní geny od svých rodičů, netvoří se příslušný enzym a projeví se u něj příznaky nemoci. Významní a zajímaví lidé : Thomas Hunt Morgan : objevil nositele genu chromozom James D. Watson a Francis Crick : objevitelé DNA nositelky genetické informace James D. Watson, PhD : se narodil roku 1928 v Chicagu. Doktorský titul získal roku 1950 na univerzitě v Indianě. Jeden rok 1950-1951 se věnoval postgraduálnímu výzkumu v Kodani, dva roky poté v Cavendishově laboratoři univerzity v Cambridgi v Anglii. Zde ve spolupráci s Francisem Crickem objevil strukturu dvojité šroubovice deoxyribonukleové kyseliny, DNA. Vrátil se pak do USA na California Institute of Technology a po dvou letech přešel na Harvardovu univerzitu v Bostonu, kde byl roku 1961 jmenován profesorem. V současnosti je ředitelem laboratoří v Cold Spring Harbor ve státě New York. Několik let byl ředitelem nesmírně náročného mezinárodního projektu HUGO, jehož cílem je zmapovat všechny lidské geny. V roce 1962 byla Watsonovi udělena spolu s Francisem Crickem a Mauricem Wilkinsem Nobelova cena. V roce 1965 napsal vynikající učebnici The Molecular Biology of the Gene, která od té doby vychází v mnoha přepracovaných vydáních, z nichž jedno vyšlo v nakladatelství Academia v roce 1982 pod názvem Molekulární biologie genu. Johonn Gregor Mendel : se narodil 22.7.1822 v Hymčicích na Moravě v rodině rolníka. Jeho otec se věnoval sadaření a chovu včel, o matce není zmínka. Mladý chlapec studoval v letech 1833-1840 v pianistické škole v Lipníku a na gymnáziu v Opavě. V roce 1840 byl přijat na filozofickou fakultu při univerzitě v Olomouci, kterou absolvoval s vynikajícím prospěchem. V roce 1843 nastoupil do kláštera Augustiánů v Brně. Pak studoval univerzitu ve Vídni. Po svém vysvědčení roku 1849 se stal učitelem matematiky a Řečtiny na gymnáziu ve Znojmě. a od roku 1854učil po 14let na státní reálce v Brně biologii. Prováděl pokusy s křížením rostlin. Tak se mu podařilo experimentálně dokázat, že dědičnost organismu lze objasnit jednotným mechanismem. Mendel předběhl svými výzkumy dobu. výsledek výzkumu
byl uznán až po 40 letech, kdy nezávisle na sobě téměř současně objevil zákony dědičnosti. Výsledek pokusů více než 33 000 rostlin zpracoval statisticky a v matematických termínech vyjádřil základní pravidla dědičnosti : zákon o štěpení znaků a zákon o nezávislém sdružování znaků, které byly později označeny jako Mendelovy zákony dědičnosti. Mendel zemřel roku 1884. Louise Brownová : od roku 1978 kdy Louise Brownová provedla první oplodnění ze zkumavky přidáním spermatu k vajíčku, se tímto způsobem narodily už stovky dětí. Je známo několik způsobů, jak provést účinný výběr pohlaví. Jedním z nich je oddělit spermie X a Y a ženu oplodnit zvoleným typem. Jinou možností je odebrat buňku z vyvíjecího se embrya obvykle ve stádiu pouhých osmi buněk, avšak v době, kdy je o pohlaví již rozhodnuto. Buňka požadovaného pohlaví je pak aplikována do těla matky. Díky technice známé pod názvem BABI (Blastomere Analycis Before Implantakiou, předimplantační analýza blastomery ) přišlo na svět již kolem dvou set dětí. Tyto techniky ovšem samy o sobě přinášejí další a další otázky. Mnoho vrozených nemocí je přenášeno chromozomem X. Chromozomy určující pohlaví : Etické problémy, které moderní biologie přináší, lze ukázat na velice starém případu diskriminace založené na vnímání vrozených kvalit. Vždy existovaly předsudky proti určitým genům, které přinášejí chromozomy určující pohlaví. Ženy mají dva chromozomy X, muži mají jeden chromozom X a jeden o mnoho menší chromozom Y. Znamená to tedy, že všechna vajíčka mají chromozom X, ale jsou dva druhy spermií X a Y. Při oplození jsou pak produkovány ve stejném množství jak XY muži, tak i XX ženy. Pohlaví je produktem genů stejně jako třeba krevní skupiny. Někdy se zdá, že chromozom Y má menší hodnoty než chromozom X. Dědičnost krevních skupin : Krevní skupiny patří mezi monogenní (podmíněné jedním genem) kvalitativní znaky. Krevní skupiny : 0, A, B, AB jsou podmíněny přítomností nebo absencí bílkovin (aglutinogenů) A a B v červených krvinkách. fenotyp genotypy aglutinogen v č. krvinkách skup. A AA nebo A0 A skup. B BB nebo B0 B skup. 0 00 - skup. AB AB A i B Molekulární základy dědičnosti : Nositelkami genetické informace jsou nukleonové kyseliny. U většiny organismu je nositelkou genetické informace kyselina deoxyribonukleonová DNA, u RNA-virů kyselina ribonukleonová RNA. nukleonové kyseliny jsou polymerní, tj. vysokomolekulární látky, jejichž základními stavebními jednotkami jsou nukleotidi. Nukleotid vznikne spojením organické báze, pětiuhlíkatého cukru a kyseliny hydrogenfosforečné (fosfátu). V makromolekule DNA se nacházejí v nukleotidech čtyři druhy bází : A adenin T thymin G guanin C cytosin Jednotlivé nukleotidy jsou spojeny prostřednictvím fosfátu do polynukleotidového řetězu. Molekula DNA je tvořena dvěma polynukleotidovými řetězy, které se spolu stáčejí jako pravotočivá dvoušroubovice. Obě vlákna jsou protiběžné navzájem k sobě poutaná vodíkovými vazbami mezi bázemi. Mezi A a T mohou vzniknout dvě vodíkové vazby, mezi G a C tři vodíkové vazby. Proto se spolu vážou vždy A s T a G s C. Říkáme,že tyto dvojice bází jsou komplementární; jev se označuje jako komplementarita bází. Ta je podstatou genetického kódování. Pořadí nukleotidů v polynukleotidovém řetězci, tzv. primární struktura má zásadní význam pro přenos genetických informací. Významnou vlastností molekuly DNA je její schopnost samozdvojení (replikace). Účinkem enzymu DNA polymerózy dochází nejdříve ke zrušení vodíkových vazeb mezi bázemi. Rozvolnění polynukleotidového řetězce slouží, jako vzory k přiřazování volných komplementárních nukleotidů. Vznikají tak dvě dceřiné dvouřetězcové molekuly DNA, ve kterých vždy jeden řetězec pochází z původní mateřské molekuly DNA.
Ribonukleonových kyselin : Je více typů. Jejich makromolekuly obsahují čtyři druhy bází. Tři báze jsou stejné jako u DNA (A,G,C) a místo T (thyminu) obsahují uracie (U). Dále obsahují cukr ribosu a fosfát. Makromolekuly RNA jsou lineární většinou jednovláknové, mnohem menší než molekuly DNA. Rozlišujeme tři hlavní typy ribonukleonových kyselin : RIBOSOMÁLNÍ rrna MEDIÁTOROVOU mrna TRANSFEROVOU trna RNA je velice důležitá makromolekula, která se u všech druhů živých organismů podílí na tvorbě proteinů. Druhy dědičnosti (genetiky): - dědičnost krevních skupin - genetika člověka - genetika eukaryotické buňky - genetika prokaryotické buňky - genetika molekulární - genetika populace - genetika mnohobuněčného organismu - dědičnost kvalitativních znaků - genetika rozmnožování - dědičnost monogenních znaků - dědičnost gonozomální - dědičnost polygenních znaků - dědičnost kvantitativních znaků - dědičnost jaderná - dědičnost mimojaderná - dědičnost chorob - dědičnost dispozic Význam dědičnosti (genetiky) : Pro šlechtění rostlin a živočichů, pro člověka odstranění nebo zmírnění genetických vad. Dědičné choroby a dispozice : Dispozice : dědí se pouze dispozice k onemocnění, k jejímu projevení musí působit ještě určité faktory prostředí = expoziční činitelé (potrava, počasí, slunce, přítomnost alergenu, psychická zátěž ). K nejčastějším patří neurózy =zvýšená dráždivost CNS poruchy spánku pomočování, snížená schopnost soustřeďování ; alergie = senná rýma, ekzémy, astma ; některé formy hypertenze ; některé infekční choroby = angína, příušnice ; vředová choroba. Mají polygenní charakter, vyskytují se familiárně (u více členů rodiny), jejich stupeň dědičnosti se liší. Jejich projevům lze předcházet vyloučením expozičních faktorů = rodinný ochranný režim. Dědičné choroby = vady : vznikají jako důsledek mutací (nejčastěji genových), projeví se v každém případě, vliv prostředí je minimální, jeho faktory ovlivní jen jejich patogenezi = rozvoj příznaků.
Autozomální choroby: Dědí se bez ohledu na pohlaví. 1. molekulární choroby chybný gen neschopnost tvorby funkční bílkoviny (enzym, hormon) ztráta určité metabolické funkce. a) galaktózémie neschopnost odbourávat galaktózu poškození ledvin, orgánů trávicí soustavy, sleziny, zpomalení psychického vývoje. Dědí se recesivně. b) fenylketonurie nedochází k přeměně fenylalaninu na tyrosin poškození mozku. Dědí se recesivně. c) coeliakie neschopnost trávení lepku vážné poruchy trávicí soustavy. Prevence úprava stravy. albinismus neschopnost syntetizovat melanin, recesivní 2. srůsty prstů dědí se dominantně 3. víceprstost = polydaktylie dominantní 4. krátkoprstost = brachydaktylie dominantní 5. rozštěpy patra a rtů polygenní 6. Downův syndrom = mongolismus = trisomie 21. Chromozómu (3x) krátká hlava, deformace ušních boltců, malý nos a ústa, velký jazyk, široké ruce, krátké prsty, zvýšená ohebnost v kloubech, snížené napětí svalů, krátké nohy, poruchy duševního vývoje různého stupně (70% imbecil). Průměrně častý výskyt (1x na 600 porodů), pravděpodobnost vzrůstá s věkem rodičů (40 let věku 1:40). 7. Syndrom kočičího mňoukání delece části 5. chromozómu, vzácný, dítě mňouká. Gonozomální choroby : 1. hemofilie neschopnost syntetizovat jeden z faktorů srážení krve. 2. daltonismus X chromozómová dědičnost = neschopnost rozlišovat červenou a zelenou barvu barvoslepost. 3. Turnerův syndrom = chybí jeden chromozóm X žena XO- malý vzrůst, zakrnělé pohlavní žlázy = neplodnost, opožděný duševní vývoj. 4. Klinefelterův syndrom = XXY nebo XXXY muži vysokého vzrůstu, neplodní, duševně zaostalí. 5. Syndrom XYY = supermale = supermuž = vyšší postava, duševní retardace, sklony k agresivitě a asociálnímu chování, snížená plodnost. 6. Syndrom XXX nebo XXXX = superfemale = superžena = slabomyslnost, snížená plodnost. Dědičné choroby : Se přenáší při těhotenství od matky na plod dítěte. Může to být například postižení, rakoviny, Genetická prevence : 1. eufenická upravuje jen fenotyp (úprava stravy, plastická chirurgie) vede ke zvýšení životaschopnosti postižených, neovlivňuje genotyp zvyšování četnosti nežádoucí alely v genofondu. 2. eugenická snaha o předcházení dědičného zatížení populace genetické poradenství. Závěr : Ačkoliv lidé mohou vypadat úplně jinak než šimpanzi a gorily, tyto rozdíly jsou pouze povrchní. Tam, kde na tom záleží v jejich genech jsou všichni tři z 99% totožní. Ve výrazu kde na tom záleží je uloženo pořádné množství filozofie. Darwinova teorie předpověděla. Pokud tyto klamné předpoklady přijmeme, opravdu se zdá, že 99%-tní molekulární podobnost mezi lidmi a opicemi je nezvratným potvrzením darwinismu. Mnoho odborníků se dnes staví opatrně k tvrzení, že podstata lidskosti spočívá v DNA. Čím více toho víme o dědičnosti, tím více bychom toho zřejmě měli ještě poznat. Stín eugenty se sice ještě neztratil, ale je už mnohem slabší, než býval. Genetika jako vědecký obor už dospěla a začíná nám odhalovat nevšední obraz toho, kde jsme, co jsme, co jsme byli a čím můžeme být. Genetika je velice těžká věda sice už jsme toho spoustu poznali, ale je ještě spoustu nezodpovězených otázek a poznatků. Co ještě poznáme nikdo neví. Musíme doufat, že se nám jednou všechny naše otázky a poznat zodpoví.