Seminarium 1 – część 1 Genom człowieka

Seminarium 1 – część 1
Konspekt do zajęć z przedmiotu „Genetyka” dla kierunku Położnictwo
dr Anna Skorczyk-Werner
Katedra i Zakład Genetyki Medycznej
Genom człowieka
 Genomem nazywamy całkowitą ilość DNA jaka znajduje się w każdej komórce.
 Genom człowieka składa się z 46 cząsteczek DNA, które występują w jądrze komórkowym
oraz z cząsteczek DNA występujących w mitochondrium w zmiennej ilości.
 Genom człowieka zbudowany jest z genów (sekwencji kodujących) i odcinków nie będących
genami (sekwencje niekodujące)
 Genom człowieka zawiera około 21 000 genów (odcinki kodujące stanowią ok. 3% genomu)
 Geny stanowią tylko część genomu (część DNA), a poszczególne geny są najczęściej
rozproszone, poprzedzielane odcinkami niekodującymi.
Genom jądrowy
 Zbudowany z ponad 3 miliardów nukleotydów
 Cząsteczki DNA w genomie jądrowym są liniowe, dwuniciowe
 W komórce haploidalnej (gamety) występują 23 cząsteczki DNA
 W komórce diploidalnej występuje 46 cząsteczek DNA (46 chromosomów)
 Podczas podziałów komórkowych cząsteczki DNA ulegają kondensacji do struktury zwanej
„chromosomem”
 Wielkość poszczególnych chromosomów jest różna od 55 Mpz do 250 Mpz
 Chromosomy pary pierwszej są największe, natomiast najmniejsze są chromosomy pary 21
 Chromosomy dzielimy na chromosomy autosomalne (22 pary) i heterosomy, czyli
chromosomy płci (X i Y)
Genom mitochondrialny
 Zbudowany z 16 569 nukleotydów
 Koliste cząsteczki DNA występujące w mitochondrium w wielu kopiach (4-10)
 Obecny we wszystkich mitochondriach
 Geny w genomie mitochondrialnym nie zawierają intronów
 Każda kolista cząsteczka DNA mitochondrialnego (mtDNA) zawiera:
- 13 genów kodujących białka związane z fosforylacją oksydacyjną
1
- 22 geny kodujące tRNA
- 2 geny kodujące rRNA
Projekt poznania genomu człowieka
 Cele programu:
 Zlokalizowanie wszystkich genów w genomie człowieka
 Skonstruowanie map fizycznych i genetycznych całego genomu człowieka
 Wypracowanie metod przechowywania i udostępniania uzyskanych danych
 Udoskonalenie metod sekwencjonowania
 Uzyskanie wiedzy na temat skutków społecznych, ideologicznych i etycznych
nowych technologii genetycznych
15 luty 2001 – odczytanie genomu człowieka
2003 – podsumowanie działalności programu, ogłoszenie kompletnej sekwencji genomu
Sierpień 2012 – projekt ENCODE – 80% DNA jest biologicznie aktywne
Geny
 Geny zbudowane są z odcinków niekodujących (intronów) oraz kodujących (eksonów).
 Średnia wielkość genu człowieka wynosi ok.5-12 kpz (5000 – 12000 nukleotydów)
 Geny zlokalizowane są wzdłuż wszystkich 24 chromosomów w sposób rozproszony
 Najbogatszy w geny jest chromosom pary 1, a najuboższy w geny chromosom Y
Kod genetyczny
 Kod genetyczny - informacja o produkcie białkowym zawarta w ułożeniu kolejnych
nukleotydów w DNA.
 Kod genetyczny jest trójkowy tzn. że trzy kolejno po sobie występujące nukleotydy tzw.
kodon (triplet, trójka nukleotydowa) są informacją o jednym aminokwasie, który ma
występować w określonym białku.
Cechy jednogenowe
 Gen to sekwencja DNA, która koduje określoną cechę (np. odpowiedzialna jest za kolor
oczu).
 Allel to jedna z wersji danego genu (np. kolor niebieski lub ciemny oczu)
 W populacji możemy mieć wiele różnych alleli (odmian jednego genu).
 Każdy gen znajduje się w określonym chromosomie.
2
 Miejsce położenia genu w chromosomie nazywane jest locus.
 Każdy gen reprezentowany jest w komórce somatycznej przez 2 allele.
 Jeśli 2 allele danego genu są takie same (np. odpowiedzialne są za niebieski kolor oczu)
mówimy, że jest to homozygota.
 Jeśli 2 allele danego genu są różne (np. jeden odpowiada za niebieski kolor, drugi za ciemna
barwę oczu) to mówimy, że jest to heterozygota.
 Allele mogą mieć charakter dominujący (silniejszy) i recesywny (słabszy, ustępujący).
 Cechy warunkowane przez allele dominujące zawsze się ujawniają zarówno w układzie
heterozygotycznym (allel dominujący-allel recesywny) jak i homozygotycznym dominującym
(2 allele dominujące).
 Allele recesywne są maskowane przez allele dominujące (nie ujawniają się), jeśli znajdują się
w jednej parze, czyli w układzie heterozygotycznym.
 Allele recesywne ujawniają się tylko w układzie homozygoty recesywnej (2 allele
recesywne).
Cechy jednogenowe - przykłady
Cechy dominujące
Cechy recesywne
Włosy falujące
Włosy proste
Włosy nierude
Włosy rude
Włosy ciemne
Włosy jasne
Oczy brązowe
Oczy niebieskie
Brak piegów
Piegi
Rzęsy długie
Rzęsy krótkie
Policzki z dołkami
Policzki bez dołków
Uszy odstające
Uszy przylegające
Choroby jednogenowe
 Jeśli gen kodujący daną cechę jest uszkodzony (zmutowany, patologiczny) to może to
prowadzić do wystąpienia choroby jednogenowej.
 W chorobach jednogenowych uszkodzony gen jest także odpowiedzialny za występowanie
określonej cechy, tylko, że patologicznej, na przykład karłowatości, skóry pozbawionej
melaniny (albinizm), głuchoty.
 Cechy i choroby jednogenowe dziedziczą się zgodnie z prawami Mendla (dziedziczenie
mendlowskie).
 4 podstawowe sposoby przekazywania cech i chorób jednogenowych u człowieka:
- autosomalny recesywny
3
- autosomalny dominujący
- sprzężony z płcią dominujący
- sprzężony z płcią recesywny
 Choroby jednogenowe spowodowane są uszkodzeniem genu, czyli jego mutacją.
 Tylko nieprawidłowe (zmutowane) geny wywołują chorobę jednogenową.
 Jeśli gen ma prawidłową budowę to produkuje prawidłowe białko (nie ma choroby).
 Nie można więc powiedzieć, że gen wywołuje chorobę jednogenową, tylko, że mutacje w tym
genie wywołują chorobę.
Mutacje genowe – etiologia chorób jednogenowych
 Mutacje genowe - zmiany normalnej sekwencji DNA organizmu, spowodowane błędami w
replikacji DNA (mutacje spontaniczne) lub działaniem czynników chemicznych i fizycznych
(mutacje indukowane).
 Zachodzą w zygocie, płodzie, komórkach somatycznych i rozrodczych w ciągu całego życia.
 Mutacje w komórkach somatycznych nie są przekazywane potomstwu, w odróżnieniu od
mutacji w komórkach rozrodczych, które mogą zostać potomstwu przekazane. Mutacje
somatyczne odgrywają dużą rolę w rozwoju nowotworów u ludzi. Mutacje w komórkach
rozrodczych mogą być odziedziczone lub powstają de novo w procesie oogenezy lub
spermatogenezy.
Mutacje indukowane:


Mutageny chemiczne
Mutageny fizyczne
Skutki mutacji
Utrata funkcji:
- mutacja powoduje utratę funkcji białka lub zmniejsza jego aktywność,
- większość mutacji tego typu jest recesywna, ale zdarzają się sytuacje, w których mutacja ma
charakter dominujący.
Nabycie funkcji:
- mutacja nadaje białku nietypową aktywność
- mutacje tego typu występują znacznie rzadziej i mają najczęściej charakter dominujący
Rodzaje mutacji w genach
4

Delecje (utrata nukleotydów w genie)

Duplikacje (podwojenie ilości nukleotydów)

Insercje (wstawienie dodatkowych nukleotydów w genie)

Substytucje (zamiana nukleotydów w genie), zwane też mutacjami punktowymi (najczęstsze)
Fenotyp i genotyp
 Każda cecha, którą możemy zaobserwować
i która jest dziedziczna - kolor oczu, choroba genetyczna np. mukowiscydoza to fenotyp.
 Zespół genów odpowiedzialnych za fenotyp danego osobnika to jego genotyp.
5