Genetika člověka. Proměnlivost. Genetika populací

Charakteristika lidského genomu Haploidní sada obsahuje 23 chromozomů (molekuly DNA o celkové délce cca 1 m). Kompletní genom (sekvence nukleotidů) byl „přečten“ v roce 2000 (v současné době se výsledky vyhodnocují, zpřesňují a doplňují o „čtení“ vzorků dalších lidí). Genom (v haploidní sadě) obsahuje přibližně 3,1 miliardy nukleotidů, v nichž je kódováno 20 až 25 tisíc genů (kromě funkčních genů obsahuje i balast – nefunkční zbytky genů ap.).
Metody studia lidské genetiky Lidská genetika z etických důvodů zásadně nedovoluje cílené experimenty (pokusná křížení). Veškeré výsledky jsou proto získávány z klinické praxe (poznatky lékařů) a zkoumání vzorků populace – dobrovolníků. Nesmírně cenné je studium rodokmenů (tzv. genealogie). Velmi cenné poznatky o míře dědivosti (heritabilitě) určitých znaků poskytuje studium dvojčat (gemelilogie), obzvláště dvojčat jednovaječných (se shodným genomem).
Autozomální dědičnost geny jsou uloženy na autozomech (nepohl. chromozomy – těch má člověk 44), jejich projev nezávisí na pohlaví – tj. výsledky recipročního křížení jsou stejné (- zůstanou genotypy, ale prohodíme pohlaví  značky pohlaví se nezapisují!!!)
AA(M) x aa(Ž) = AA(Ž) x aa (M)
Aa Aa
Gonozomální dědičnost dědičnost vázaná na pohlaví na rozdíl od autozomální dědičnosti výsledky recipročního křížení nejsou stejné gonozomální dědičnost se týká dědičných znaků, uložených na gonosomech – tedy na pohlavních chromozómech geny pro takto děděné znaky jsou lokalizovány na heterochromozomech (X, Y)) heterochromozomy X a Y se shodují v malém úseku (část homologní): zde umístěné geny se dědí podobně jako geny na autozomech chromozom Y:
o je geneticky shodný (homologní) s X pouze svými konci (pseudoautozomální oblasti PAR)
o obsahuje pouze 78 genů – to je oproti ostatním chromozomům velmi málo a většina z nich je na chromozomu X  pohlaví tedy ovlivňuje několik genů ležících mimo PAR  v heterologní části
př. Drosophila na chromozómu X se nachází geny, které ovlivňují např.
o tvorbu pohlavních znaků
o metabolické děje
o funkci svalů
o zrakové schopnosti
o srážení krve choroby, podmíněné mutacemi těchto genů se vyznačují pohlavně vázanou dědičností. nejčastější forma je recesivní dědičnost. u žen se recesivní znak většinou neprojeví, protože je kompenzován dominantní alelou na druhém chromozómu X. Postiženi jsou téměř výhradně muži, protože na Y, kromě oblasti PAR, nemají dominantní alelu. příklady chorob:
o syndrom fragilního chromozómu X: mentální retardace
o daltonismus: nejčastější forma barvosleposti, neschopnost rozlišit červenou a zelenou
o hemofilie: dlouhé krvácení i z drobných ran
Maturitní témata z biologie
Koeficient dědivosti
proměnlivost (variabilita) organismu je podmíněna složením genotypu (dědičná proměnlivost) a faktory vnějšího prostředí
(nedědičná proměnlivost)
h2 – koeficient dědivosti
o nízká:  0: na proměnlivost má hlavní vliv prostředí (př. výnos rostlin)
o vysoká:  1: na proměnlivost má hlavní vliv genotyp (př. znaky, které souvisí s rozmnožováním)
příčiny genetické proměnlivosti: segregace a kombinace alel při tvorbě gamet, crossing-over, mutace
Populace
všichni jedinci téhož biologického druhu, kteří osidlují v daném čase určité území
jedinci se v populaci navzájem kříží, a tak ovlivňují genofond populace (soubor všech alel všech členů populace)
genofond populací zkoumá genetika populací – pracuje s četnosti (frekvencí) alel
zastoupení alel respektive genotypů je ovlivněno způsobem rozmnožování
2 typy populací: autogamická; panmiktická
Autogamická populace
jedinci se rozmnožují autogamií, tzn. samooplozením (samosprašné rostliny)
homozygotní jedinci produkují opět pouze homozygotní potomky
heterozygotní jedinci produkují (podle 2. Mendelova zákona) 50% heterozygotů, 25% dominantních homozygotů, 25%
recesivních homozygotů
četnost heterozygotů z generace na generaci značně klesá, ale nikdy nevymizí úplně
Panmiktická populace
jedinci se rozmnožují panmixií, tzn. zcela náhodným párování, které udržuje konstantní poměr mezi jedinci jednotlivých
genotypů
pokud je populace dostatečně velká, je v ní stálý poměr homozygotů a heterozygotů  populace je v genetické rovnováze
tuto situaci popisuje Hardyho-Weinbergův zákon: p2 + 2pq + q2 = 1
o p..frekvence A (poměrné zastoupení A, pravděpodobnost výskytu A)
o q..frekvence a
o p + q = 1
o AA…p*p = p2 (pravděpodobnost setkání 2 gamet nesoucích dominantní alelu)
o p2 = P (udává frekvenci dominantních homozygotů AA)
o aa… q*q = q2 (pravděpodobnost setkání 2 gamet nesoucích recesivní alelu)
o q2 = Q
o p*q + q*p = 2pq (pravděpodobnost setkání 2 gamet nesoucích 1 dominant. a 1 recesivní alelu)
o 2pq = H (udává frekvenci heterozygotů)
o P + H + Q = 1  p2 + 2pq + q2 = 1
procesy, které porušují genetickou rovnováhu populace:
o mutace alel:
 dominantní alela se mění na recesivní a naopak
 vzniká nová alela, který je vůči původní alele kodominantní
o selekce:
 pozitivní: nová alela nositele zvýhodní – úspěšnější v reprodukci – zastoupení alely roste
 negativní: nová alela nositele znevýhodní – neúspěšný v reprodukci – zastoupení alely klesá
 Usměrňující selekce:
 Prostředí jednostranně
zvýhodňuje určitý extrém
znaku, průměrná hodnota
znaku se „posouvá“ jedním
směrem (např. prodlužuje se
srst, zvyšuje se objem
mozkovny…)
 Stabilizující selekce:
 Prostředí zvýhodňuje nositele
průměrných znaků a
znevýhodňuje extrémy. Tento
typ většinou následuje po
usměrňující selekci a bývá
dokladem stabilních podmínek.
 Disruptivní selekce:
 P
r
o
s
Maturitní témata z biologie
tředí znevýhodňuje nositele průměrných
znaků a zvýhodňuje extrémy. Původní
Gaussova křivka se postupně mění na
křivky dvě. Konečným výsledkem může být
rozdělení populace na dva různé druhy.
Tento typ selekce je v přírodě vzácný, je
však možným vysvětlením vzniku dvou
nových druhů z jednoho společného
předka.
o genetický drift:
 náhodný posun genetické rovnováhy, uplatňuje se v málo početných populacích
o migrace
Mutace
mutace jsou náhodné změny genotypu, dochází při nich ke změně struktury DNA, tj. ke změně genetické informace
rozlišujeme:
o spontánní mutace: vznikají bez jakéhokoliv vnějšího vlivu
o indukované mutace: vznikají působením mutagenů
 fyzikální mutageny: UV-záření, ionizující záření – rentgenové)
 chemické mutageny: způsobují deaminaci bází, např. polycyklické aromatické uhlovodíky (vznikají spalováním,
kouřením..), někt. org. rozpouštědla, léky, pesticidy (DDT), některé mutageny jsou užívány v genet. Laboratořích a ve
šlechtitelství (kys. dusitá, kolchicin..)
 biologické mutageny: viry
GENOVÉ MUTACE
změna pořadí nebo počtu nukleotidů v úseku DNA
a) ztráta nukleotidů (delece)
b) nukleotidy navíc (adice – inzerce)
 důsledky a, b: m. posunová, jsou začleňovány jiné kyseliny  jiná bílkovina  příklad: osvalení – delece genu pro myostatin
c) záměna nukleotidu (substituce)
d) záměna nukleotidu za jinou podobnou látku
 důsledky c, d: m. záměnová, změní se pouze 1 AK  změna bílkoviny minimální  příklad: srpkovitá anemie: rovníková
Afrika, vzniká defektní forma hemoglobinu, místo kys. glutamové se kóduje valin  rozpad erytrocytů  krevní sraženiny 
závažné až smrtelné komplikace
o tom, zda mutace ovlivní fci bílkoviny rozhoduje její rozsah a lokalizace.
genové mutace mohou také zasáhnout regulační geny – tyto mutace bývají jednou z příčin nádorového onemocnění
CHROMOZOMOVÉ MUTACE
zlomy a přestavby struktury chromozomu (strukturní aberace)
a) ztráta části chromozomu (delece)
b) zdvojení totožné části (duplikace)
c) převrácení části chromozomu (inverze)
d) přemístění části chromozomu na jiný (translokace): translokač. forma Downova syndromu – 21. chromozom se připojí
na 14. chromozom
e) rozpad chromozomu na více částí (fragmentace)
u člověka je 6% gamet s chromozomovými mutacemi
GENOMOVÉ MUTACE
mění se počet chromozomů v buňce
a) znásobení celé sady: polyploidie – častá u rostlin (pšenice), využití při šlechtění rostlin
b) změna počtu jednotliv. chromozomů v sadě (numerická aberace): aneuploidie, monosomie, trisomie
Autozomální choroby
1. MONOGENNÍ
autozomálně recesivní choroby (AA zdravý, Aa zdravý přenašeč, aa nemocný, rodiče většinou zdraví heterozygoti)
o galaktozemie: neschopnost odbourávat galaktózu, hromadění toxických zplodin v těle (zákaly, selhání ledvin…)
o fenylketonurie: nedochází k přeměně fenylalaninu na tyrosin  poškození mozku
o albinismus: neschopnost syntetizovat melanin (částečný albinismus: piebaldismus)
o cystická fibróza: v plicích velké množství hlenu, ve 30 letech smrt
Maturitní témata z biologie
autozomálně dominantní choroby (Aa nemocný, často je alespoň 1 rodič postižený)
o polydaktilie = víceprstost; brachydaktilie = krátkoprstost
o chondrodystrofie: porucha vývoje kostní tkáně (trpaslíci pro pobavení panstva ve středověké Francii)
2. POLYGENNÍ (multifaktoriální) – ovlivňují minorgeny a prostředí
civilizační onemocnění:
o cukrovka
o mnohé nádory
o srdeční a cévní choroby
o rozštěpy patra a rtů., rozštěp páteře
3. STRUKTURNÍ ABERACE CHROMOZOMŮ
o syndrom kočičího mňoukání (delece 5. chromozomu): vrozené, dítě vydává zvuky jako kočka
4. NUMERICKÉ ABERACE
o Downův syndrom: (47, +21) kulatý obličej, šikmé oční štěrbiny, slabomyslnost různého stupně, srdeční vady, průměrné dožití
20-30 let (čím je žena starší, tím vyšší pravděpodobnost nerození postiženého dítěte)
Gonozomální choroby
hemofilie: porucha srážlivosti krve
daltonismus: nejčastější forma barvosleposti, neschopnost rozlišit červenou a zelenou
Turnerův syndrom – gonozomy X0, tj. pouze jeden gonozom X (a žádný další gonozom), výskyt přibližně 1 : 2000, žena s
menším vzrůstem (do 150 cm), sterilita, chybí sekundární pohlavní znaky (infantilní vzhled – lze léčit podáváním estrogenů),
běžné dožití, normální životní uplatnění (nemá vliv na inteligenci ani není žádný výraznější zdravotní handicap)
Klinefelterův syndrom – gonozomy XXY (vzácně i XXXY, XXXXY), výskyt přibližně 1 : 1000, muži s málo vyvinutými
sekundárními pohlavními znaky (snížená produkce testosteronu), obezita, sterilita, léčí se testosteronem většinou normální
životní uplatnění (výjimečně lehká mentální retardace)
syndrom XYY – supermuž, registrovaný výskyt přibližně 1 : 1000 (skutečný výskyt bude mnohem vyšší), nadprůměrná
tělesná výška, někdy vyšší produkce testosteronu (sklony k vyšší agresivitě)
syndrom XXX – superžena, registrovaný výskyt přibližně 1 : 2000 (skutečný výskyt bude mnohem vyšší), žena s normálním
tělesným i duševním vývojem, poruchy funkce pohlavních orgánů (časté potraty), předčasný nástup klimakteria