zoradene prednasky

Návrat na detail prednášky / Stiahnuť prednášku / Univerzita Komenského / Pedagogická fakulta / Vývinová Biológia

 

bunka_genetika.doc (bunka_genetika.doc)

Základné znaky života: látková premena (látkový metabolizmus), výmena energií s prostredím (energetický metabolizmus), rozmnožovanie, rast, vývoj druhu (fylogenéza), vývin jednotlivca (ontogenéza), dráždivosť, dedičnosť a premenlivosť, pohyb.

 

Znaky charakterizujúce živé sústavy:

1. Život je viazaný na hmotu, bez ktorej nemôže existovať.

2. Živý organizmus má aktívny vzťah k prostrediu.

3. V živom organizme prebieha látkový a energetický metabolizmus.

4. Organizmy si z prostredia vyberajú potrebné látky.

5. Časový príznak života a identita organizmu v čase.

6. Ireverzibilnosť (nevratnosť ) životných procesov.

7. Koordinácia a integrácia procesov v organizme.

8. Dráždivosť a prispôsobivosť.

9. Vznik organizmu (rozmnožovanie), jeho rast a vývin.

10. Dedičnosť a premenlivosť.

 

Každý druh má svoj historický vývoj (evolúciu, fylogenézu).

Na základe paleontologických nálezov a analýzy doterajších poznatkov boli formulované všeobecné fylogenetické zákony.

1.  Zákon adaptácie

2.  Zákon monofýlie

3.  Zákon korelácie

4.  Zákon ireverzibity evolúcie

5.  Zákon diferenciácie a integrácie

6.  Zákon rekapitulácie  „Ontogenéza je skrátenou fylogenézou“ (E. Haeckel)

 

 

Názory na evolúciu organizmov: Aristoteles, Linné, Cuvier, Lamarc, Darwin

Mechanizmy vzniku a vývoja druhu podľa Darwina 1859 „O vzniku druhu prírodným výberom“

Nadprodukcia potomstva,

Variabilita,

Boj o život,

Prírodný výber, pohlavný výber  (umelý výber),

Konvergencia a divergencia znakov

 

 

 

 

 

 

 

 

Antropogenéza. Pod pojmom antropogenéza rozumieme vznik druhu Homo sapiens z jeho živočíčnych predkov a cesty tohto fylogenetického vývoja.

 

Dôkazy antropogenézy

Priame dôkazy vývoja človeka (kosti a ich úlomky, odliatky a výliatky tela a jeho častí, produkty práce človeka- pracovné nástroje, ozdoby, stavby, hroby a pod.

Nepriame dôkazy vývoja človeka nám poskytujú porovnávacie vedy

- Samostatnú skupinu nepriamych dôkazov vývoja človeka tvoria rudimenty.

- Zvyšky chrbtovej struny (chorda dorsalis) v medzistavcových platničkách.

- Darwinov hrbolček (vznikol pri zavinovaní otvorenej ušnice).

- Svaly ucha (u šloveka nachádzame drobné svalové snopce)

- Podnebné valy (lišty)

- Kostrčové stavce (4-5), zvyšky kostry chvosta

Atavizmy. Sú to orgány alebo znaky, ktoré nachádzame u nižších živočíchov a iba výnimočne u človeka.

- Chvost

- Telesné ochlpenie – lanúgo (4-7 mesiaci embryonálneho vývoja)

- Polymastia a polytélia– zmnoženie prsných žliaz alebo prsných bradaviek

 

Pri štúdiu podobností sa nevyužívajú iba morfologické znaky

Porovnávacia fyziológia. Dokazovanie príbuznosti bielkovím s využitím precipitačnej reakcie.

Porovnávacia embryológia.

- U ľudského zárodku sa sekndárne vytvára žĺtkový vačok, ktorý neobsahuje žĺtok, výživa zárodku je zabezpečená inak. Fylogenetická reminiscencia na prechod štádiom rýb a plazov.

- U embrya sa vytvára rudimentárny orgán alantois (u plazov orgán výmeny dýchacích plynov a rezervoár odpadových látok, u ľudského zárodku afunkčný.

- U človeka podobne ako aj u ostatných vertebrát sa srdce zakladá ako trubicovitý

        útvar, neskôr sa rozdeľuje na 2, 3 až 4 časti.

- Koncom blastogenézy je zárodok priečne rozdelený na segmenty.

- U človeka sa zakladajú žiabrové oblúky a žiabrové brázdy.

- Od 4 do 7 mesiaca vnútromaternicového vývinu je plod ochlpený – lanúgo (prechod štádiom ochlpených cicavcov).

Porovnávacia genetika. Obsah DNK 6,5 . 10-12 g na diploidné jadro

Chromozomálne prestavby (inverzie, fúzie, rôzny počet a usporiadanie chromozómov) vytvárajú reprodukčné bariéry.  Chromozóm č. 2 splynutím dvoch chr. Skupiny D ľudoopov.

Porovnávacia cytogenetika. Porovnávanie polypeptidov. Poradie aminikyslín v reťazcoch polypeptidov. Αlfa reťazec – 141 aminokyselín.

Postavenie človeka v živočíšnej ríši:

Kmeň: Chordáty

Podkmeň: Vertebrata

Trieda: Cicavce

Rad: Primáti

Antropogenéza

Rad: PRIMATES

1. podrad: PROSIMIAE – poloopice

2. podrad: SIMIAE – opice

1. nadčeľaď: Ceboidea (Platyrhina) – ploskonosé

2. nadčeľaď: Cercopitecoidea (Catarhina) – úzkonosé

3. nadčeľaď: Hominoidea (Anthropomorpha) – ľudoopi

                1. čeľaď: Parapithecidae (bočná vetva, zástupca Parapithecus)

                2. čeľaď: Hylobatidae (Gibboni skamenelí aj súčasní)

                3. čeľaď: Pongidae (ľudoopi vyhynutí aj súčasní; Dryopithecini, Orang utan, Gorila, Šimpanz

                4. čeľaď: Oreopithecidae (bočná vetva)

                5. čeľaď: Hominidae (všetky formy súčasného človeka a jeho predchodcov, história         tejto čeľade trvá 3-5 milónov rokov)

 

  1. rod: Ramapithecus
  2. rod Australopithecus
  3. rod: Homo

 

  1. druh: Homo habilis
  2. druh: Homo erectus
  3. druh: Homo sapiens

                  Homo sapiens neandertalensis

                  Homo sapiens sapiens        

                        Homo sapiens sapiens fosilis

                        Homo sapiens sapiens recens

                                                

Hominizácia – proces ktorým sa vyvinul človek.  Je to špecializovaný proces, ktorý prebehol na vrchole vývoja Primátov, pravdepobne v dryopitekovej fáze, v druhej polovici treťohôr, ktorý viedol k nahromadeniu toľkých odlišných kvalít, že muselo dôjsť k odštiepeniu novej, vysoko psychicky vyvinutej skupine hominídov.

 

 

 

Telesné zmeny v priebehu hominizácie zatrieďujeme do troch funkčných komoplexov:

1. funkčný komplex hominizácie (hornej končatiny a ramenného pletenca)

postihuje zmeny tvaru hrudníka (predo-zadné oploštenie), pletenca horných končatín –uvoľnenie ramenného kĺbu a samotnej hornej končatiny. Prebehol ešte pred rozdelením pongídnej a homídnej evolučnej línie.

2. funkčný komplex hominizácie (dolných končatín a panvy)

postihuje zmeny stavby dolných končatín , panvy a chrbtice. Základnou zmenou vyvolávajúcou ostatní je prechod od pohybu po štyroch (quadrupédia) k pohybu po dvoch končatinách (bipédia). Vzpriamenie postavy a chôdza po dvoch končatinách sú delidlom medzi antropoidmi (ľudoopmi) a hominídami. Po prvý raz sa s týmto znakom stretávame u australopitekov  a ľudských foriem (rod Homo), teda v čeľadi Hominidae.

3. funkčný komplex hominizácie (lebky) umožňuje rozlíšenie dvoch veľkých rodov: Astralopithecus a Homo. Rozdiely sú:

a/ v tvare a veľkosti neurokránia,

b/ v pomere tvárovej a mozgovej časti lebky,

c/ v rôznych stupňoch redukcie chrupu.

K tomu môžeme doplniť ešte komplex ruky, ktorej funkčná zmena prebiehala počas celej evolúcie primátov a dosiahla vrchol ku koncu hominizačného a začiatkom sapientačného procesu. Súbežne s rozvojom morgu sa ruka adaptovala na najjemnejšie úkony (špecializácia, manuálna zrušnosť). Indikátorom tejto schopnosti je výroba nástrojov.

        Znaky stavajúce človeka nad ostatné živočíchy:

- vzpriamenie postavy,

- vznik kráčavej nohy,

- rozvoj mozgu a myslenia,

- vznik reči,

- ruka ako orgán práce,

- spoločenský spôsob života

        Samotné vzpriamenie postavy malo veľké anatomické a fyziologické následky pre rod Homo:

1. esovité zakrivenie chrbtice (pružnosť, pérovanie),

2. zníženie tiel stavcov,

3. rozšírenie panvy,

4. kráčavá noha umožnila zlepšenie rovnováhy pri otáčaní hlavy a trupu,

5. rozšírenie zorného pola oka, rovina očí je horizontálna,

6. presun veľkého tylného otvoru (do stredu pôdorysu lebky) vyvolal že lebka je v rovnovážnej polohe,

7. zmeny tvaru hrudníka – rozšírenie,

8. uvoľnenie ruky z lokomócie: orgán chytania, zmena pohyblivosti hornej končatiny (vrhanie predmetov, aj jemná práca),

9. postupným rozvojom mozgu pôvodne reflexné jednanie sa stáva uvedomelým. K prvej signálnej sústave pristupuje druhá,

10. z hľadiska genetického oddelenia rodu Homo nastalo, keď už nebolo možné plodné kríženie ľudských foriem so zvieracími, čím vlastne vznikla hominídna línia.

 

mono- a polyfyletizmus

mono- a polycentrizmus

 

Australopithecus

Homo habilis

Homo erectus                                                                                                        doštudovať zo skrípt

Homo neandertalensis

Homo sapiens fosilis

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Bunka,   Stavba živočíšnej bunky

Ľudské telo mnohobunkový organizmus, základnou stavebnou a funkčnou jednotkou ľudského tela je bunka, ktorá obsahuje súbor genetických informácií pre riadenie všetkých jej životných funkcií (látková premena, dráždivosť, rozmnožovanie, rast, vývin atď).

Bunka je aj najmenšia stavebná jednotka živej hmoty, skladá sa z jadra, cytoplazmy a pomocných orgánov a je schopná základných životných procesov. Na povrchu bunky sa nachádza polopriepustná (semipermeabilná) bezštruktúrna bunková blana. Vnútro bunky je vyplnené bezfarebnou, polotekutou priezračnou hmotou cytoplazmou.  Je to rôsolovitá koloidná hmota, ktorej hlavnými súčasťami sú bielkoviny viazané na kyselinu ribonukleovú (RNK). Cytoplazma nemá stálu štruktúru, vytvára prechodné koloidné zoskupenia (zrniečka, vlákenká, membrány) a štruktúra je závislá od okamžitého stavu látkovej premeny, v rôznych miestach bunky nemusí mať rovnaký vzhľad – štruktúru.

        Jadro je od ostatnej cytoplazmy oddelené ultratenkou dvojitou membránou – jadrovou blanou. Na mikroskopických preparátoch vo vnútri jadra vidíme priestorovo usporiadanú sieť s výrazne sfarbenými uzlovými bodmi, ktoré tvoria bielkovinové hrudky a kyselina deoxyrobonukleová (DNA). Jadro ďalej obsahuje jadrovú šťavu a jadierko. Tvar jadra môže byť rôzny. Pravidelne je v bunke iba jedno jadro, v niektorých prípadoch existujú viacjadrové bunky. Jadro vykonáva rôzne riadiace funkcie, preto je pre bunku potrebné, po odstránení jadra z bunky táto hynie. Niektoré bunky sú za fyziologických podmienok časť doby svojej existencie bez štruktúrovaného jadra (červené krvinky, pri ich vzniku sa formuje aj jadro, neskôr sú to bezjadrové bunky).

        Pomocné orgány buniek nazývame organely (organoidy), lebo plnia funkcie analogické, ako orgány mnohobunkového organizmu. Centriola je zrniečko v blízkosti jadra (1 alebo 2), uplatňuje sa pri nepriamom (mitotickom) delení buniek. Mitochodrie sú krátke tyčinky alebo zrniečka v cytoplazme, slúžia na syntézu látok dôležitých pre bunku a pre bunkové dýchanie. Vakuoly sú drobné dutinky obsahujúce látky určené na vylúčenie alebo tie látky, ktoré sa práve vstrebávajú. Endoplazmatické retikulum tvoria rúrkovité útvary v cytoplazme, obsahuje tzv. ribozómy, kde sa tvoria bielkovinové i tukové bunkové štruktúry. Golgiho aparát je spleť drobných rúrok a pluzgierikov, ktoré sú oddelené od cytoplazmy jemnou blanou, spravidla leží blízko jadra a má sekrečnú funkciu (vo forme zrniečok obsahuje hormóny a enzýmy). Lyzozómy sú podobné nepravidelné útvary, v ktorých možno nájsť úlomky iných bunkových štruktúr, obsahujú veľa enzýmov, ktoré by boli schopné rozpustiť i vlastnú bunku, ak by neboli oddelené membránou, tieto tvoria akýsi tráviaci systém bunky.

        Bunky ľudského tela nemajú rovnako dlhý život. Niektoré žijú rovnako dlho ako organizmus (nervové bunky), iné iba niekoľko týždňov (červené krvinky), alebo niekoľko dní (biele krvinky).

Delenie buniek

Bunkové delenie prebieha v zásade dvoma spôsobmi:

        Priame delenie (amitóza), ktoré sa u človeka vyskytuje skôr výnimočne a možno ho považovať za patologický proces. Podstatou priameho delenia buniek je preťahovanie sa bunky aj jadra, ich zaškrcovaním v strede, až sa jadro aj celá bunka pretrhnú a vzniknú dve dcérske bunky.

        Nepriame delenie (mitóza), ktoré je u človeka bežné, je spojené s komplikovanými zmenami v bunkovom jadre a zabezpečuje presné rozdelenie jednotlivých štruktúr celej bunky do dvoch dcérskych buniek. Neriame delenie buniek sa uskutočňuje mitotickým aparátom, ktorý sa skladá z vláknitého achromatického vretienka, ktoré spája dva póly bunky, ktoré sú určené dvomi centriolami. Kinetochory (centromery) pripájajú chromozómy k mitotickému aparátu a akoby ťahali chromozómy k pólom po dráhe, ktorú tvorí vreteno. Chromozómy sú stužkovité útvary, ktoré sa objavujú, stávajú sa viditeľnými, pri mitotickom delení buniek. Ich počet a tvar je charakteristrický pre každý druh živých sústav, ako aj druh buniek – telové alebo pohlavné bunky. Chromozómy obsahujú v elektrónovom mikroskope na priereze až 32 vláken (fibríl). Chromozómová fibrila sa skladá z dvoch dvojitých skrutkovníc DNA, pričom každá je spojená histónom. Okrem DNA a biekoviny (histónu), chromozómy obsahujú lipidy, RNK a polysacharidy. Hlavnými vlastnosťami chromozómov je autoreprodukcia, autoreduplikácia (schopnosť zdvojiť sa) a prenos genetickej informácie. Chromozómy sa zúčastňujú na látkovej premene.

        Podstatou mitotického delenia buniek je pozdĺžne rozdelenie chromozómov (po predchádzajúcej reduplikácii), premiestnenie polovíc chromozómov k opačným pólom bunky, kde sa vytvoria dve nové jadrá a celá bunka sa rozdelí na dve dcérske bunky. Mitózu, napriek tomu, že je to súvislý proces, rozdeľujeme na tieto etapy:

interfáza,

profáza,

metafáza,

anafáza,

telofáza.

        Interfáza a profáza sú prípravné fázy na delenie, kedy sa uskutočňuje:

– reprodukcia (reduplikácia) chromozómov, to znamená, že prebieha syntéza nových makromolekúl DNA a bielkovín, presných kópií predošlých,

– formujú sa chromozómy,

– mizne jadierko a jadrová membrána,

– tvorí sa mitotický aparát.        

        V metafáze sa chromozómy usporiadajú do jednej roviny kolmej na os vretena (ekvatoriálnej roviny), oddelia sa identické polovice rozdelených chromozómov.

        V anafáze putujú chromozómy ťahané centriolami k pólom bunky.

        V telofáze sa rozdelí celá bunka na dve, vytvoria sa dve typické jadrá a dcérske bunky, ktoré sú rovnaké.

 

        Pri vniku pohlavných buniek (vajíčok a spermií) musé nastať zmenšenie počtu chromozómov na polovicu, aby pri oplodnení (spojenie vajíčka a spermie) vzniknutá zárodková bunka nemala dvojnásobný počet chromozómov. Toto nastáva pri tzv. redukčnom bunkovom delení – meióze, ktoré sa skladá z dvoch typov delenia. Pri prvom bunkovom delení sa vytvárajú páry chromozómov, ktoré sa metafáze rozchádzajú k opačným bunkovým pólom, takže počet chromozómov sa tu redukuje na polovicu. Druhé delenie je veľmi blízke normálnej mitóze.

 

 

Regulačné mechanizmy. K regulačným mechanizmom v organizme radíme dedičnosť, endokrinný systém a centrálny nervový systém.

Základy humánnej genetiky

        Štúdiom dedičnosti a premenlivosti sa zaoberá genetika . Dedičnosťou rozumieme jednotlivé funkcie genetického materiálu, jeho schopnosť utvárať dedičné vlastnosti, schopnosť prenášať tieto vlastnosti z rodičov na potomkov a schopnosť trvale sa meniť.

        Potomkovia sa na svojich rodičov viac alebo menej podobajú, zároveň sa od nich odlišujú, čo je obsahom pojmu premenlivosť. Podobnosť potomkov na rodičov je zväčša (ale nie výlučne) podmienená dedičnosťou, odlišnosť potomkov od rodičov je popri činiteľoch prostredia podmienená aj geneticky vznikom nových kombinácií génov atď.

        Od vytvorenia pohlavných buniek, cez oplodnenie, vnútromaternicový vývin, v ktorom sa vytvoria všetky orgány človeka, cez pôrod a celé popôrodné obdobie až do smrti jednotlivca, všetky procesy riadi genetická informácia. Genetická informácia však pri riadení životných procesov nepôsobí samostatne, uplatňuje sa tu vo významnej miere aj prostredie. Každý znak, morfologický aj funkčný, je výsledkom spoločného pôsobenia dedičnosti a prostredia.

Materiálny podklad genetickej informácie tvorí DNA (kyselina dezoxyribonukleová), ktorá je hlavnou zložkou chromozómov. Podstatná časť DNA je uložená v jadre, iba malá časť leží mimo jadra bunky. Táto DNA je základom mimojadrovej dedičnosti, ktorá však u človeka a všeobecne u cicavcov nebola dokázaná.

        Chromozómy sú štruktúry uložené v jadre bunky. Ich počet, tvar a veľkosť sú pre každý druh typické a stále, pri ich narušení dochádza k odlišnostiam vo vývine.

Telová bunka človeka obsahuje 46 chromozómov, 23 párov; pohlavná bunka človeka obsahuje 23 chromozómov. Zmenšenie (redukcia) počtu chromozómov v pohlavných bunkách vzniká pri redukčnom bunkovom delení – meióze.

        

        Z 23 párov chromozómov človeka 22 párov sú telové chromozómy (autozómy), 1 pár tvoria pohlavné chromozómy (gonozómy, sexchromozómy). U človeka existujú dva druhy pohlavných chromozómov, označovaných X a Y. Pre ženu je charakteristické zloženie pohlavných chromozómov v telových bunkách XX. Vajíčko môže obsahovať  iba jeden X chromozóm a 22 autozómov; spermia okrem 22 autozómov môže obsahovať X chromozóm alebo Y chromozóm. Pre vývin mužského pohlavia je typické zloženie pohlavných chromozómov v telových bunkách XY a ďalších 22 párov autozómov. Pohlavie jednotlivca je teda určené podľa toho, aký pohlavný chromozóm obsahuje spermia, ktorá oplodní vajíčko (X alebo Y).

        V zložení pohlavných chromozómov u niektorých jednotlivcov sa objavujú aj určité odchýlky – chybný počet pohlavných chromozómov, napr. X0, XXY, XXX, XYY a pod. a potom aj odlišný celkový počet chromozómov. U týchto jednotlivcov, v súvislosti s abnormálnym počtom chromozómov sa vyskytujú rôzne poruchy a zvláštnosti, niekedy aj mentálny defekt.

        Pri oplodnení jednotlivec dostáva polovicu svojich chromozómov a teda aj polovicu genetickej informácie od otca, druhú polovicu od matky.

        V bunkových jadrách ženských buniek po histologickom spracovaní možno niekedy pozorovať väčšie farbiteľné teliesko, ktoré leží na vnútornej strane jadrovej membrány. Je to pohlavný chromatín alebo Baarovo teliesko, ktoré vznikne u ženy z jedného X chromozómu (druhý X chromozóm je funkčný). Sexchromatín sa u žien najlepšie stanovuje v bunkách ústnej sliznice.

        Stanovenie sexchromatínu má praktický význam v medicíne, pri potrebe presného stanovenia pohlavia, pri vývinových odchýlkach pohlavných orgánov, ako aj pri rôznych sexuálnych odchýlkach. Tento postup sa využíva aj pri prenatálnej diagnostike pohlavia v bunkách plodovej vody (amnocentéza), čo je mimoriadne dôležité pri včasnom stanovení možnosti postihnutia nenarodeného dieťaťa chybou, ktorá sa dedí vo väzbe na pohlavie.

 

        Základnou funkčnou jednotkou dedičnosti je gén (vloha). Alely sú odlišné formy jedného génu. Medzi párom aliel jedného génu existujú rôzne vzťahy. Základným vzťahom je dominancia a recesivita. Za dominantnú alelu považujeme tú, ktorá svojím účinkom prekrýva recesívnu alelu, ak sa vyskytujú súčasne. Dominantná teda prevláda (potláča) a recesívna je potlačená (prekrytá).

        Genotyp je súbor všetkých génov organizmu. O genotype hovoríme aj vtedy ak uvažujeme o genetickej výbave pri jednom alebo malom počte génov.

        Pod pojmom fenotyp rozumieme súbor všetkých znakov organizmu, morfologických i funkčných.

        Pri genetickom podmieňovaní znakov existuje viacej možností:

– znak určuje jediný gén (monogénna dedičnosť) s dvomi alelami. Dve alely môžu vytvárať tri kombinácie – tri genotypy. Podľa vzťahu medzi alelami môžu v takomto prípade existovať dva alebo tri fenotypy (AA, Aa, aa).

–  znak je podmieňovaný veľkým počtom génov (polygénne), ich účinok je malý a sčítava sa účinok všetkých génov. V tomto prípade existuje veľký počet genotypových i fenotypových tried. K znakom, ktoré sú dedičné takýmto spôsobom patria napr. výška tela, inteligencia atď, pravda, okrem dedičnosti tu v rôznej miere pôsobí aj prostredie.

 

– autozomálny gén znamená, že gén, ktorý podmieňuje daný znak leží na autozóme, telovom chromozóme (nie na pohlavnom chromozóme);

– homozygót znamená, že obe alely daného génu sú rovnaké: môže byť dominantný (obe alely sú dominantné) alebo recesívny (obe alely sú recesívne);

– heterozygót znamená, že alely daného gánu sú rôzne.

 

Vzťah dominancia – recesivita aliel si vysvetlíme na príklade chorobného stavu, akým je albinizmus. Albinizmus je stav chýbania melanínu (pigmentu uloženého vo vlasoch, pokožke a očných dúhovkách), ktorý podmieňuje zafarbenie štruktúr, v ktorých sa nachádza. Postihnutý albinizmom má bielu pokožku a vlasy, očná dúhovka má červenú farbu, čo je podmienené presvitaním očnej cievovky, nakoľko dúhovka je bezfarebná. Albinizmus je autozomálne recesívne dedičný. To znamená, že zodpovedný gén leží na autozóme, a ďalej, prejaviť sa môže iba vtedy, ak daný jednotlivec má obe alely podmieňujúce albinizmus rovnaké (aby dominantná alela podmieňujúca prítomnosť melanínu svojím účinkom neprekryla alelu podmieňujúcu chýbanie pigmentu), je teda recesívny homozygót.

Alelu podmieňujúcu albinizmus označujeme a, alelu podmieňujúcu normálnu pigmentáciu označujeme A (pre dominantnú alelu používame veľké písmeno, pre recesívnu malé). Alely A a sa môžu vyskytovať v troch kombináciách: AA Aa aa, čo sú vlastne genotypy.

Pri albinizme existujú dva fenotypy: postihnutý a nepostihnutý, zároveň existujú tri genotypy, ako sme uviedli vyššie.

AA  (dominantný homozygót) – nepostihnutý,

Aa   (heterozygót) – nepostihnutý (normálne pigmentovaný),

aa    (recesívny homozygót) – postihnutý albinizmom.

 

        Pri krvácavosti hemofílii (chyba zrážanlivosti krvi) postihnutý aj pri malom poranení môže vykrvácať, alebo daltonizme (červeno-zelená farbosleposť) existuje dedičnosť viazaná na pohlavie, pri ktorej gén zodpovedný za takto dedičný znak leží na X chromozóme. Postihnutí sú muži, ženy sú prenášačky, pretože postihnutý muž má jediný X chromozóm, na ktorom je umiestnený gén podmieňujúci hemofíliu.

Otec odovzdáva X chromozóm všetkým svojim dcéram (tie sú potom prenášačky), ktoré nie sú postihnuté(gén uložený na druhom X chromozóme, ktorý získali od svojej matky a ktorý nie je patologický, stačí zabezpečiť normálny priebeh zrážanlivosti krvi). Prenášačky dcéry, keď sa stanú matkami, odovzdávajú X chromozóm s patologickým génom polovici svojich detí, to znamená, že polovica ich dcér sú prenášačky a polovica ich synov sú postihnutí.

 

        Ďalším spôsobom vzťahu medzi alelami, resp. znakmi je kodominancia. Pri tomto spôsobe dedičnosti sa oba znaky prejavia v plnom rozsahu súčasne. Ako príklad si môžeme uviesť krvný skupinový systém MN, pri ktorom existuje krvná skupina M, krvná skupina N, ale aj krvná skupina MN. Trom fenotypom (krvným skupinám) zodpovedajú tri genotypy.

        Medzi dvomi alelami môže existovať aj intermediarita, pri ktorej sa oba sledované znaky u heterozygótov prejavia v zmiešanej forme.

Príklad: kvety červenej a bielej farby

– ak medzi červenou a bielou farbou kvetu existuje vzťah dominancie-recesivity, potom ukrížencov (heterozygótov) sa prejaví dominantná farba – červená;

– ak medzi červenou a bielou farbou kvetu existuje intermediarita, heterozygót bude mať farbu kvetov ružovú (zmiešanú);

– ak medzi červenou a bielou farbou kvetu bude platiť kodominancia, výsledný kvet bude červeno-biely (fľakatý).

 

        Doteraz sme vychádzali z predpokladu, že genotyp sa zákonite prejaví vo fenotype, že určitý genotyp sa zákonite a rovnako musí prejaviť vo všetkých prípadoch. To však neplatí vždy. Pôsobením ďalších činiteľov sa vyskytujú pri niektorých znakoch v prejavení sa genotypu znakom (fenotypom) odchýlky, daný znak má neúplnú penetranciu, teda pri určitom genotype, pri ktorom by sa znak mal prejaviť, sa neprejaví.  

        Niektoré znaky sa zasa môžu prejavovať v rôznom stupni, hovoríme, že majú rôznu expresivitu. Napr. polydaktýlia (nadpočetné prsty na rukách alebo nohách) sa môže vyskytovať na jednej, dvoch, troch alebo štyroch končatinách.  

        Pri niektorých geneticky podmienených chorobách sa stretávame s úkazom, že rovnaký fenotypový prejav (vrodená chyba), môže byť podmienený rôznym genotypom, čo sa nazýva genokópia. Ako príklad si uvedieme vrodenú hluchotu, pri ktorej dnes predpokladáme 64 rôznych génov, ktoré môžu uvedený stav podmieňovať. Jednotlivci s rovnakým fenotypom (vrodene nepočujúci) môžu mať rozličný genotyp. Nezriedka potom môžeme pozorovať, že dvaja rodičia, ktorí sú postihnutí recesívne dedičnou hluchotou (to znamená, že sú recesívne homozygóti, ale na rôznych génoch), môžu mať počujúce deti.

        Niekedy pozorujeme, že negenetické príčiny, činitele prostredia, podmienia vznik znaku, ktorý je normálne podmienený geneticky. V takomto prípade hovoríme o fenokópii. Ide tu o akúsi formu napodobenia genetickej chyby činiteľmi vonkajšieho prostredia. Fenokópia nie je ďalej dedičná.  

 

Mendelove zákony dedičnosti

 

Genetika ako vedný odbor je pomerne mladá, prvá dedičná choroba bola opísaná v polovici 18. storočia, bola to polydactýlia.

Historickým medzníkom bolo formulovanie zákonov dedičnosti, ktoré urobil Mendel r. 1865. Jeho výsledky výskumov boli dlho nepovšimnuté.

        Významnou osobnosťou v oblasti genetiky bol Morgan, ktorý obahatil poznanie na základe výskumov dedičnosti na banánovej muške (Drozofila melanogaster) a ktorý za svoje objavy bol vyznamenaný Nobelovou cenou.

        V roku 1953 Watson a Crick opísali štruktúru molekuly DNA ako základného článku stavby chromozómov.

        V roku 1956 Tjio a Levan opísali ľudské chromozómy a stanovili ich počet na 46 v telových bunkách, vrátane dvoch pohlavných chromozómov.

        Nové odbory genetiky, napr. molekulárna genetika, genetické poradenstvo, genetické inžinierstvo.

        Mendel robil pokusy na veľkom počte jedincov, všímal si najskôr jednotlivé znaky samostatne a dosiahnuté výsledky štatisticky spracoval.

1. zákon: Zákon uniformity krížencov (hybridov)

Ak krížime dvoch opačných homozygotov (dominantného a recesívneho), potomkovia v prvej dcérskej generácii F1budú rovnakí (genotypom aj fenotypom), genotypom budú heterozygóti.

2. zákon: Zákon segregácie štiepnych pomerov

Ak krížime dvoch heterozygotov, potomkov z kríženia pre 1. zákon, F1 generácie, v ich potomstve (druhá dcérska generácia F2) sa objavujú znaky starých rodičov.

Pri sledovaní fenotypov máme z takéhoto kríženia ¾ nepostihnutých (AA, Aa, Aa) a ¼ postihnutých (aa), to znamená, že štiepny pomer fenotypov je 3 : 1.

        Ak si všímame genotypy, potom máme ¼ AA, 2/4 Aa, ¼ aa. Štiepny pomer genotypov sa potom rovná 1 : 2 : 1.

3. zákon: Zákon voľnej kombinovateľnosti

Tento zákon nám hovorí, že ak sledujeme dedičnosť dvoch znakov súčasne, ktoré nie sú vo väzbe, to znamená, že zodpovedné gény neležia na tom istom chromozóme, v potomstve sa objavia všetky teoreticky možné kombinácie (genotypov aj fenotypov) v určitom pomere.

 

 

Mutácie

Mutácia je náhla zmena genetického materiálu. Môže vzniknúť buď spontánne, to znamená, bez pôsobenia vonkajších príčin, alebo môže byť vyvolaná tzv. mutagénmi (činiteľmi vyvolávajúcimi nutácie). Mutagény môžu byť fyzikálne, chemické alebo biologické (žiarenie, teplo, jedy, vírusy atď).

        Mutácie môžu byť chromozomálne alebo génové, to znamená, že v prvom prípade dochádza ku zmene celého chromozómu alebo jeho časti, kým v druhom prípade zmena prebehne iba na jedinom géne. Pokiaľ sa mutáciou zmenená genetická informácia dostane do pohlavných buniek, je táto dedičná. Marfanov syndróm – porucha väzivového tkaniva, je spôsobený mutáciou jedného génu, zodpovedného za syntézu bielkoviny fibrín. 25 % postihnutých vzniká novými mutáciami, aj keď obidvaja rodičia boli zdraví. Choroba je dedičná, dedia ju aj dcéry aj synovia.

 

Zmeny na chromozómoch môžu prebehnúť:

– bez zmeny množstva genetického materiálu (presun časti chromozómu na iný chromozóm), tieto zvyčajne nemajú pre daného jednotlivca také ťažké následky;

– so zmenou množstva genetického materiálu (časť niektorého chromozómu z inej sady chromozómov pribudne alebo odbudne);

– zmena počtu chromozómov (chýba celý chromozóm alebo je naviac).

 

Génové mutácie a ich súvislosť so selekciou (výberom). Ak vnikne mutáciou gén, ktorý podmieňuje aj úplnú neplodnosť, tzv. letálny gén, tento sa v populácii nerozširuje, je z jeho genofondu vylúšený, napr. preto, že jeho nositeľ v rannom veku zomiera. Ak je populácia stabilná a dostatočne veľká, vylúčený gén sa nahradí novými mutáciami. Dominantný znak sa prejaví už za prítomnosti jednej alely, kým recesívny znak sa prejaví iba ak sú obe alely rovnaké (recesívny homozygót). Ak sú zmutované gény dominantné, prejavia sa u nositeľov hneď. Ak však boli recesívne, aby sa jedna génová mutácia podmieňujúca recesívne dedičný znak objavila vo fenotype, teda aby vznikol recesívny homogygot, je potrebných asi 600 generácií.

 

Autozomálne dominantne dedičné znaky

Tieto znaky sa študovali na rodokmeňoch rodín s patologickými dominantne dedičnými znakmi.

Pre autozomálne dominantne dedičné znaky je charakteristické:

– existuje výrazný rozdiel medzi postihnutými a nepostihnutými v tej istej rodine,

– každý postihnutý má aspoň jedného z rodičov postihnutého,

– pomer postihnutých k nepostihnutým je približne 1 : 1,

– pomer postihnutých mužov a žien je približne 1 : 1.

– v rôznych rodinách sa pomerne často vyskytujú rôzne prejavy, prípadne prejavy rôznej intenzity pri sledovaných znakoch; v niektorých rodinách dokonca môže existovať aj odlišný spôsob dedičnosti znaku. Napr. retinitis pigmentosa, zvaná aj tapeto-retinálna degenerácia, pri ktorej sa následkom degeneratávneho procesu sietnice, väčšinou vo vyššom veku, postupne stráca zrak, je u 10 % rodín autozomálne dominantne dedičná, u 90 % rodín zase autozomálne recesívne dedičná.

         Niekoľko autozomálne dominantne dedičných chorobných stavov:

        Achondroplázia. Postihnutí sú trpazlíci, hlavu a trup majú normálne, končatiny sú skrátené. Nastáva tu porucha rastu v epifyzových chrupkách dlhých kostí. Aj báza lebky je deformovaná (tiež je preformovaná z chrupky).

        Vrodená štacionárna šeroslepota, pri ktorej je videnie za šera vážne poškodené (defektívne). Toto poškodenie je už pri narodení, vekom sa nezhoršuje.

        Huntingtonova chorea je progresívna degenerácia nervového systému, ktorá sa končí smrťou postihnutého. Typickým vekom prvých príznakov je 30 – 40 rokov.

        Neurofibromatosis Recklinghausen je nervovo-kožné ochorenie. V rannom detstve sa na koži objavujú škvrny ako biela káva, neskôr (najmä v puberte) sa vytvárajú početné podkožné nádory (neurofibrómy, fibrómy), ktoré sa niekedy menia na sarkóm. Objavujú sa aj neurologické príznaky. Charakteristický je malý vzrast a mentálny defekt. Ochorenie je pomerne časté.

        Sclerosis tuberosa (epiloia) je nervovo-kožné ochorenie. Prvé príznaky sa objavujú od 1. roku života. Sú to: epileptické kŕče, mentálny defekt, kožné nádory, ale aj nádory v pľúcach, pečeni, slezine, srdcovom svale. V lebke sa objavujú zvápenatené miesta, niekedy postihnutý oslepne. Postihnutí väčšinou zomierajú do 25. roku života. Častosť výskytu sa udáva 1 : 30 000 až 1 : 600 000. Často sa objavujú nové mutácie.

 

Autozomálne recesívne dedičné znaky

Pre tento spôsob dedičnosti je charakteristické:

– postihnutý jednotlivec nemusí mať postihnutého ani jedného z rodičov,

– postihnutých a nepostihnutých v jednej rodine možno ľahko rozlíšiť,

– rodičia postihnutých sú častejšie pokrvní príbuzní,

– postihnutí sa vyskytujú aj v širšom príbuzenstve sledovaného postihnutého,

– postihnutí muži a ženy sa vyskytujú približne v pomere 1 : 1.

        Zo znakov autozomálne recesívne dedičných si uvedieme niekoško príkladov:

        Alkaptonúria a fenylketonúria sú vrodené chyby metabolizmu. Ľudia postihnutí alkaptonúriou majú v moči alkaptón (kyselina homogentisová). Ich moč na vzduchu rýchlo stmavne. Kyselina homogentisová je medzičlánkom v metabolizme amínokyseliny fenylalanínu a tyrozínu. Predpokladá sa, že ľuďom postihnutým alkaptonúriou chýba alebo je prítomná iba v malom množstve oxidáza kyseliny homogentisovej. Tento enzým je zodpovedný za ďalšiu premenu kyseliny homogentisovej.

Podobná situácia je u ľudí postihnutých fenylketonúriou. Týmto ľuďom chýba enzým hydroxyláza fenyalanínu, preto sa nemôže premeniť fenylalanín na tyrozín. Fenylalanín sa hromadí v krvi, mení sa na ďalšie látky, ktoré potom organizmus vylučuje močom. Abnormálna koncentrácia týchto látok je však toxická, poškodzuje mozog. Pri fenylketonúrii je typický mentálny defekt, ktorému možno zabrániť, ak sa postihnutému dieťaťu skoro po narodení upraví dieta, v ktorej ne znížené množstvo fenylalanínu.

        Ichthyosis congenita je veľmi vážny stav, často taký vážny, že dieťa sa narodí už mŕtve alebo zomiera krátko po pôrode. Koža postihnutého je po celom povrchu pokrytá zrohovatenými doskami, medzi ktorými sú praskliny. Takéto poškodenie povrchu tela znemožňuje dýchanie.

Najčastejšie sa vyskytujú autozomálne recesívne dedičné choroby spojené s mentálnym defektom, ktoré možno zaradiť do skupiny chýb metabolizmu, z ktorých sme si uviedli fenylketonúriu. V súčasnosti je známych asi 50 rôznych metabolických chýb, ktoré sú spojené s mentálnym defektom.

 

Chromozomálne aberácie (abnormality)

Zmeny, prestavby na chromozómoch. Už sme si uviedli, že tieto môžu byť bez zmeny množstva genetického materiálu, so zmenou množstva genetického materiálu alebo dochádza k zmene počtu chromozómov.

Typickým ochorením, ktoré spôsobujú chromozómové aberácie je Downova choroba, nesprávne nazývaná mongolizmus. Až 6 – 10 % mentálne defektných tvoria jednotlivci postihnutí Downovou chorobou. V rôznych krajinách sa udáva rôzna častosť výskytu: Anglicko 1 : 200 až 1 : 500, Austrália 1 : 690; bývalé Českosl. 1 : 700 až 1 : 800. V posledných rokoch pozorujeme znižovanie počtu postihnutých, čo sa pripisuje plánovanému rodičovstvu.  

        Downov syndróm podmieňujú tri formy chromozómových abnormalít:

- trizómia chromozómu 21 (chromozóm č. 21 sa namiesto dvoch vyskytuje 3-krát). Táto forma sa vyskytuje asi u 95 % klinických foriem choroby;

- translokácia medzi chromozómami č. 21 a 15 alebo 21 a 22 (premiestnenie častí). Táto forma sa vyskytuje u 4 %;

- mozaiková forma, pri ktorej chromozómovou aberáciou je postihnutá iba časť buniek. Táto forma sa vyskytuje asi u 1 % postihnutých.

        Pri Downovom syndróme existuje generalizovaná porucha rastu mnohých tkanív a orgánov, vrátane kostry. Ďalšie malformácie postihnutých sú: pootvorené ústa, rozbrázdený jazyk a pery, malé zuby, oneskorené prerezávanie zubov, chyby zhryzu, gotické podnebie, šikmé očné štrbiny, vytvorený epikantus  (riasa horného viečka oka), škvrnitá dúhovka, škuľavosť, nystagmus, niekedy aj refrakčné chyby.

        Malformované ušné boltce, guľatá malá lebka, malý nos, plochý koreň nosa, široký a krátky krk, častý výskyt pupočnej prietrže (76 %). Vonkajšie pohlavné orgány sú malé a často nepravidelne vyvinuté, krátke široké dlane a prsty, na dlani býva vytvorená opičia ryha. Na nohách býva väčšia medzera medzi palcom a druhým prstom. Kĺby majú zvýšenú pohyblivosť, hypotonické slabé svaly.

        Výrazným znakom choroby je mentálny defekt, ktorý v ranom detstve môže byť menej nápadný, vekom sa stupňuje: asi u 10 % dosahuje stupeň idiocie, 70 % imbecility a iba asi 20 % debility.

        Prevláda názor, že vznik Downovej choroby je podmienený viacerými činiteľmi. Priemerný vek matiek detí s Dawnovou chorobou je asi 40 rokov. Častejšie sa postihnutý narodí ako posledné dieťa rodičov, a to po väčšej časovej medzere medzi pôrodmi. Za príčinu sa uvažuje aj psychická traumatizácia, podvýživa, nedostatok vitamínov, porucha činnosti žliaz s vnútorným vylučovaním (napr. štítnej žľazy), vysoká chorobnosť, krvácanie z rodidiel počas gravidity. Počas 2. svetovej vojny sa rodilo 3-krát viacej postihnutých. Súčasne sa za príčinu uvádza aj expozícia pôsobeniu škodlivín vo vonkajšom prostredí v raných štádiách tehotenstva.

        Z ďalších syndómov uvedieme Turner-Šereševského syndróm (45 chromozómov, X0), Klineferterov syndróm (47 chromozómov, XXY).

 

Multifaktoriálna dedičnosť

Pre polygénne alebo multifaktoriálne podmienené znaky sme ako charakteristický znak uvádzali súvislú variabilitu. To znamená, že pri kvantitatívnych znakoch, ktoré sú takto podmienené, neexistujú ostro ohraničené (izolované) fenotypové triedy, ktorých je okrem toho malý počet, ako sme to videli pri monogénne podmienených znakoch. Pri multifaktoriálne podmienených znakoch sa fenotypová charakteristika mení súvislo, plynulo a všetky fenotypové triedy sú umelo vytvorené.

        Predpokladá sa, že výšku tela, tak ako aj inteligenciu, podmieňujú viaceré gény uložené na rôznych miestach. Pri podmienenosti výšky tela a ďalších podobných znakoch si treba uvedomiť, že tu nepôsobia izolovane iba genetické faktory, ale aj činitele prostredia.

Aj niektoré vrodené vývinové chyby môžu byť multifaktoriálne podmienené. Do tejto skupiny sú zaradené vrodené vývinové chyby s výskytom 1 : 1000, napr. vrodené vývinové chyby mozgu (anencefalia,encefalokéla), rázštep chrbtice (spina bifida), rázštepy pery, podnebia atď. Doteraz však o činiteľoch genetických i negenetických nevieme dostatočne veľa. Nahromadenie týchto vrodených chýb v určitých rodinách si možno najjednoduchšie vysvetliť práve polygénnym modelom podmieňovania.

 

Genetika populácií

Genetika populácií sa zaoberá štúdiom genetických javov na úrovni populácie. V genetike pod pojmom populácia najčastejšie rozumieme skupinu jednotlivcov, ktorí žijú v reprodukčnom kolektíve, to znamená v spoločenstve, ktorého členovia majú možnosť vzájomne sa krížiť.

        Populácia môže byť homogénna alebo heterogénna, skladajúca sa z viacerých subpopulácií (geografické rasy, poddruhy).

        Genetickému základu celej populácie, všetkám jej génom, resp. alelám, hovoríme genofond.

        V zásade pri výbere partnerov pre kríženie a vznik potomstva existujú dve extrémne situácie: - nenáhodné párovanie, autogamia napr. u samoopelivých rastlín;

                         - náhodný výber partnera, panmixia.

Medzi oboma extrémnymi situáciami existuje veľké množstvo prechodných foriem.

        V ľudskej spoločnosti o nenáhodnom výbere partnera hovoríme pri častom príbuzenskom krížení, napr. v izolovaných malých populáciách. U človeka je najtesnejšou formou inbrídingu (príbuzenského kríženia) manželstvo medzi súrodencami, resp. medzi rodičmi a deťmi. Taký tesný inbríding, ako je manželstvo medzi súrodencami v ľudskej spoločnosti existuje iba výnimočne (egypskí faraóni, kráľovský rod Inkov). Zvyčajne však najtesnejšie príbuzenské kríženie, ktoré je ešte povolené, sú manželstvá: neter-strýko, synovec-teta a bratranec-sesternica (1. stupňa. Najvyšší koeficient inbrídingu (najvyšší výskyt príbuzenských sobášov) v Európe je u Rómov na Slovensku.

        Manželstvá medzi príbuznými označujeme ako pokrvné. Majú medicínsky význam, pretože pravdepodobnosť homozygótnosti pre nejaký patologický recesívny gén, pri pokrvných príbuzných je väčšia ako pri nepríbuzných.

        Manželstvá medzi bratrancami a sesternicami, hoci sú do istej miery inbredné, budú sa objavovať v populáciách aj pri náhodnom výbere partnerov. Frekvencia takýchto manželstiev vo väčšine populácií západnej Európy dosahuje 1 %. V niektorých populáciách je však výskyt takýchto manželstiev vyšší, napr. vo vidieckych okresoch severného Švédska, vo švajčiarskych alpských dedinách, v židovských populáciách mnohých nemeckých miest je to až 6 %, ba objavujú sa hodnoty až 12 %. Toto pravda neznamená, že v týchto populáciách sa preferujú príbuzenské manželstvá, ale len toľko, že tieto populácie sú malé.

         Následkom príbuzenského kríženia ubúda heterozygótov a narastá výskyt homozygótov.

        V panmiktickej ľudskej populácii má každý jedinec rovnakú šancu zvoliť si za partnera hociktorého jedinca opačného pohlavia. V tomto prípade po dosiahnutí rovnováhy sa frekvencia génov z generácie na generáciu nemení, pri rovnakej plodnosti všetkých sledovaných genotypov. Genetickú rovnováhu v panmiktickej populácii vyjadruje Herdy-Weinbergov zákon, ktorá vyjadruje vzorec

p2 (AA) + 2 pq (Aa) + q2 (aa) = 1

v zátvorkách sú uvedené 3 genotypy,

p je relatívna početnosť alely A,

q je relatívna početnosť alely a,

p + q = 1

        Rovnováha v panmiktickej populácii však podlieha vplyvom, ktoré ju narušujú. Sú to:

Mutácie, ktorými vznikajú nové alely, ktoré podliehajú selekčnému tlaku. Tento môže byť pozitívny (výsledný znak podmienený zmutovanou alelou je pre organizmus výhodný) alebo negatívny (výsledný znak je pre nositeľa nevýhodný.

Rovnaký vplyv má migrácia, ktorou prenikajú do populácie alebo z nej odchádzajú jedinci s určitým genotypom a s určitými znakmi (fenotypom).

        Genetický drift sa uplatňuje v malých populáciách, kedy náhodne sa niektorá alela stráca, kým iná sa fixuje.

 

Genetické poradenstvo

Dôležitou súčasťou lekárskej genetiky je genetické poradenstvo, kde odborný pracovník odpovedá na otázku rizika výskytu určitého patologického stavu. To znamená, že pri genetickom poradenstve ide o predchádzanie geneticky podmieneným chybám a chorobám.

        V tomto zmysle sme už hovorili o amniocentéze, kde dostatočne skoro vieme odhaliť postihnutého. Alebo možno formulovať pravdepodobnosť narodenia sa druhého postihnutého dieťaťa v rodine, to znamená, že jedno postihnuté dieťa už rodičia majú, prípadne na základe výskytu určitých vrodených chýb a chorôb u rodičov alebo ďalších príbuzných možno tiež vysloviť pravdepodobnosť narodenia sa postihnutého dieťaťa, ak rodičia čakajú prvé dieťa.

 

Eugenika

Uvedomelou snahou zabrániť negatívnym vplyvom patologickej dedičnosti na ľudskú populáciu a naopak zlepšiť biologické kvality tejto populácie premyslenými zásahmi a metódami sa zaoberá eugenika.