6. Genetika i Molekularna Biologija
Transcript of 6. Genetika i Molekularna Biologija
GENETIKA I
MOLEKULARNA BIOLOGIJA
GENETIKA nauka o nasljeĎivanju
◦ održavanje karakteristika svake vrste iz generacije u generaciju
FENOTIP ◦ stvarni izgled organizma - morfološka i fiziološka svojstva
◦ skup svih osobina koje su vidljive oblik, graĎa i funkcija
◦ rezultat genotipa i okoliša
GENOTIP ◦ svi geni organizma
◦ materijalna osnova nasljeĎa
POPULACIJA ◦ genetički nejednake individue nastale od različitih roditelja
◦ žive na jednom prostoru
Nasljeđe ◦ nije pojava miješanja
◦ pojava kombiniranja posebnih jedinica nasljedne upute - gena
GENETIKA
GEN ◦ nasljedni faktor, osnovna jedinica nasljeĎa
◦ dio molekule DNA (500-1500 parova baza)
◦ uputa za sintezu funkcionalnog produkta
◦ odreĎeno mjesto na kromosomu - genski lokus
◦ rasporeĎeni linearno na kromosomu
◦ mogu se prenositi – kromosomi se cijepaju uzdužno
GENETIKA
ALELI ◦ jedan, dva ili više alternativnih gena
◦ na istom lokusu jednog kromosoma
◦ DOMINANTNOST - svojstvo koje prevladava
- forma gena i kod heterozigota (Aa)
◦ RECESIVNOST - svojstvo koje je potisnuto
- ekspresija samo kod homozigota (aa)
◦ LETALNI ALELI - smrtonosni homozigot
- albinizam biljaka
- srpasta anemija čovjeka
GENETIKA HOMOZIGOT
◦ genski aleli identični (AA, aa)
HETEROZIGOT
◦ homologni kromosomi nose različite alele (Aa)
ČISTA LINIJA ◦ genetički slične jedinke nastale samooplodnjom jednog roditelja
(jedinke homozigotne za sva promatrana svojstva)
KLON - gen jednake individue nastale nespolno, vegetativno
HIBRID - nastali križanjem nejednakih roditelja
- somatske stanice različitih vrsta
GAMETE - spolne rasplodne stanice nastale mejozom (n)
ZIGOTA - nastala spajanjem 2 gameta (2n)
Mendelova
genetika
• utemeljitelj nauke o nasljeđivanju
Pollen transferred from white flower to stigma of purple flower
anthers removed
all purple flowers result
Mendelov rad
F1
P
F2
self-pollinate
Vrtni grašak
samooprašivanje
parentalne generacije (P)
P = parental
Uzgojio sjemenke i oprašio ih
prva filijalna generacija(F1)
F = filial
samooprašivanje F1
generacije
druga filijalna generacija (F2)
Mendelov rad
P
100% F1 generation (hybrids)
100% purple-flower peas
X true-breeding
purple-flower peas true-breeding
white-flower peas
self-pollinate
F2 generation
3:1 75% purple-flower peas
��25% white-flower peas
Mendelov rad
Osobine se različito ispoljavaju
purpurni vs. bijelog cvijeta
aleli različiti aleli na sekvencama nukleotida na
specifičnom locusu gena
purple-flower allele &
white-flower allele are two DNA
variations at flower-color locus
Različite verzije gene na istoj
lokaciji na homologonim
kromosomima
Nasljeđivanje svojstava
svako svojstvo
2 alela
1 od svakog roditelja
diploidni organizam nasljeđuje 2 seta kromosoma
1 set od svakog roditelja
homologoni kromosomi
dominantni alel funkcionalni protein
određuje svojstvo
maskira druge alele
recesivni alel ne ispoljava svojstvo
nefunkcionalan protein
homologous
chromosomes
I’ll speak for both of us!
allele producing
functional protein mutant allele
malfunctioning
protein
Genotip i fenotip
Razlika između genskog sastava
organizma i njegovog izgleda
genotip
genski sastav organizma
fenotip
vidljive osobine organizma
objasnite Mendelove rezultate koristeći:
…dominantno & recesivno
…fenotip & genotip F1
P X
purple white
all purple
Mendelov rad
F2 generation
3:1
P
self-pollinate
X true-breeding
purple-flower peas true-breeding
white-flower peas
75% purple-flower peas
��25% white-flower peas
___ ___
100% F1 generation (hybrids)
100% purple-flower peas
___ ___ ___ ___
? ? ? ?
phenotype
genotype
Genotipovi
Homozigtoi = isti aleli = PP, pp
Heterozigoti = različiti aleli = Pp
homozygous
dominant
homozygous
recessive
heterozygous
Test križanja
Određivanje genotipa organizma
Jedinka nepoznatog genoma križa se s
homozigotnom recesivnom jedinkom (pp)
pp PP or Pp?
x
PP pp
Test križanja
Pp pp
x x
100% purple 50% purple:50% white or 1:1
Mendelov 1. zakon nasljeđivanja
Zakon segregacije
Mejoza
aleli segregiraju
svaki alel za određeno svojstvo odlazi u
zasebnu gametu
Homologni kromosomi se razdvajaju
PP
P
P
pp
p
p
Pp
P
p
Zakon
segregacije
Metaphase 1
Monohibridno i dihibridno
križanje
Nasljeđivanje jednog svojstva
boja cvijeta
boja sjemenke
monohibridno križanje
Nasljeđivanje 2 različita
svojstva
boja i
oblik sjemenke
dihibridno križanje
Dihibridno križanje
true-breeding yellow, round peas
true-breeding green, wrinkled peas
x
_____ _____
P
_____
100% F1 generation (hybrids)
yellow, round peas
9:3:3:1
Y = yellow
R = round
y = green
r = wrinkled
self-pollinate
F2 generation 9/16
yellow round peas
3/16 green round peas
3/16 yellow
wrinkled peas
1/16 green
wrinkled peas
Dihibridno križanje
YyRr YyRr
YR Yr yR yr
YR
Yr
yR
yr
x
9/16 yellow round
3/16 green round
3/16 yellow
wrinkled
1/16 green
wrinkled
YyRr
Yr yR YR yr
YyRr
YR yr
or
Zakon neovisnog
svrstavanja
Metaphase 1
IZUZETAK
Ako su geni na istom
kromosomu i jako blizu
Nasljeđuju se zajedno
Mendelovi zakoni
prikazani
kroz mejozu,
gamete i oplodnju
Mendelovi zakoni
nasljeđivanja
Zakon segregacije
monohibridno križanje
Jedno svojstvo
svaki alel segregira u zasebnu gametu
metafaza 1
Zakon neovisnog svrstavanja
dihibridno (poli) križanje
2 ili više svojstava
geni na razdvojenim kromosomima
razvrstavaju se u gamete neovisno
metafaza 1
metaphase1
Mendelovi zakoni
1. Zakon jednoličnosti F1 generacije:
◦ homozigotni roditelji - čiste linije
◦ svi potomci u F1 generaciji - međusobno jednaki
2. Zakon cijepanja (segregacije) svojstava
u F2 generaciji po stalnim brojčanim
odnosima:
◦ križanjem jedinki F1 generacije međusobno -potomci s
različitim svojstvima
◦ monohibridno križanje u omjeru 3:1
◦ intermerdijarno križanje u omjeru 1:2:1
Mendelovi zakoni
3. Zakon nezavisnosti nasljednih čimbenika:
◦ križanje jedinki s više svojstava - pojedina se svojstva nasljeđuju nezavisno
Mendelova genetika –
interakcije gena
Monohibridno križanje s dominacijom
Monohibridno križanje bez dominacije – intermedijarno nasljeđivanje
Principi multiplih alela – nasljeđivanje krvnih grupa
Dihibridno nasljeđivanje
Spolno vezano nasljeđivanje
Mutacije
Nepotpuna dominacija
Heterozigot ne pokazuje ni dominantni ni recesivni fenotip primjer:
RR = red flowers
rr = white flowers
Rr = pink flowers
50% manje dominantne boje
RR Rr rr
Nepotpuna dominacija
true-breeding red flowers
true-breeding white flowers
X P
100%
100% pink flowers
F1 generation (hybrids)
self-pollinate
��25% white
F2 generation
25% red 1:2:1
50% pink
Kodominacija
2 alela utječu na fenotip jednako i zasebno
Prisutna oba fenotipa
primjer: ABO krvne grupe kodimancija i multipli aleli
3 alela
IA, IB, i
IA i IB aleli su kodiminantni
oba proizvode antigene
IA i IB su dominantni
u odnosu na i alel
Kodominacija antigena A i B
clotting clotting
clotting clotting
clotting clotting clotting
Pleiotropija
Većina gena su pleiotropni - polifenija
jedan gen odreĎuje više svojstava, odnosno
različitih fenotipova
pr. albino ljudi su i razroki
Široki raspon djelovanja jednog gena
patuljastost (achondroplasia)
gigantizam (acromegalija)
albinizam
Epistazija
jedan gen maskira efekt drugoga
Boja dlake u miša = 2 različita gena
C,c:
pigment (C) ili
bez pigmenta (c)
B,b:
mnogo pigmenta (black=B)
ili manje (brown=b)
cc = albino,
B alel nije važan
9:3:3:1 postaje 9:3:4
Poligensko nasljeđivanje
fenotipovi odreĎeni zajedničkim efektima 2
ili više gena za jedno svojstvo
fenotipovi kvantitativnih osobina
ljudska svojstva
boja kože
težina
visina
boja očiju
inteligencija
ponašanje
Spolno vezani geni
Geni na spolnim kromosomima
Otkrio ih T.H. Morgan
Drosophila melanogaster – vinska mušica
dobar genetički subjekt
brzi rasplodni ciklus (2 tjedna)
4 para kromosoma
XX=ženka, XY=mužjak
1910 | 1933
autosomalni
kromosomi
spolni kromosomi
Vrste kromosoma
ljudi i sisavci - 2 spolna kromosoma: X i Y
2 X kromosoma
ženski spol: XX
genska podudarnost,
slični autosomima
X i Y kromosom
muški spol: XY
nema podudarnosti
Genetika spolnosti
Geni na spolnim kromosomima
Y kromosom
nekoliko gena
određuje muškost
geni za produkciju muških hormona
mnogo efekata = pleiotropija!
X kromosom
druga svojstva osim spolne determinacije
mutacije:
hemofilija
mišićna distrofija
daltonizam
Spolno-vezani
ili “X-vezani” geni
Više od
60 bolesti
uvjetovanih
genima na X
kromosomu
Duchenne muscular dystrophy Becker muscular dystrophy
Ichthyosis, X-linked Placental steroid sulfatase deficiency Kallmann syndrome Chondrodysplasia punctata, X-linked recessive
Hypophosphatemia Aicardi syndrome Hypomagnesemia, X-linked Ocular albinism Retinoschisis
Adrenal hypoplasia Glycerol kinase deficiency
Incontinentia pigmenti Wiskott-Aldrich syndrome Menkes syndrome
Charcot-Marie-Tooth neuropathy Choroideremia Cleft palate, X-linked Spastic paraplegia, X-linked, uncomplicated Deafness with stapes fixation
PRPS-related gout
Lowe syndrome
Lesch-Nyhan syndrome HPRT-related gout
Hunter syndrome Hemophilia B Hemophilia A G6PD deficiency: favism Drug-sensitive anemia Chronic hemolytic anemia Manic-depressive illness, X-linked Colorblindness, (several forms) Dyskeratosis congenita TKCR syndrome Adrenoleukodystrophy Adrenomyeloneuropathy Emery-Dreifuss muscular dystrophy Diabetes insipidus, renal Myotubular myopathy, X-linked
Androgen insensitivity
Chronic granulomatous disease Retinitis pigmentosa-3
Norrie disease Retinitis pigmentosa-2
Sideroblastic anemia Aarskog-Scott syndrome
PGK deficiency hemolytic anemia Anhidrotic ectodermal dysplasia
Agammaglobulinemia Kennedy disease
Pelizaeus-Merzbacher disease Alport syndrome
Fabry disease
Albinism-deafness syndrome
Fragile-X syndrome
Immunodeficiency, X-linked, with hyper IgM
Lymphoproliferative syndrome
Ornithine transcarbamylase deficiency
Ljudski X kromosom
Ljudski Y kromosom
< 30 gena na
Y kromosomu Sex-determining Region Y (SRY)
Channeling Flipping (FLP)
Catching & Throwing (BLZ-1)
Self confidence (BLZ-2)
note: not linked to ability gene Devotion to sports (BUD-E)
Addiction to death & destruction movies (SAW-2)
Scratching (ITCH-E) Spitting (P2E) linked
Inability to express affection over phone (ME-2) Selective hearing loss (HUH)
Total lack of recall for dates (OOPS)
Air guitar (RIF)
Spolno-vezano nasljeđivanje
X-vezani geni
prenose se X kromosomom
sinovi nasljeđuju X od majki
svojstvo se nikad ne prenosi s oca na sina
većina bolesti - recesivno svojstvo
Y-vezani geni
svega nekoliko gena / svojstava
svojstvo se prenosi samo s oca na sina
kćeri ne mogu naslijediti ova svojstva
Utjecaj prirode
Color of Hydrangea flowers
is influenced by soil pH
Human skin color is influenced
by both genetics &
environmental conditions
Coat color in arctic
fox influenced by
heat sensitive alleles
Hipoteza: jedan gen jedan protein ◦ srpasta anemija - promjena
samo jedne aminokiseline u proteinu
Transformacija gena
◦ postupak prijenosa nasljedne osobine ekstraktom DNA (prijenos pneumonije kod miševa)
Promjena genoma i
evolucija organizama ◦ eukarioti 10-20 x više gena od
onih koji se stvarno eksprimiraju
◦ ljudski genom oko 30 000 gena (samo dva x više od vinske mušice)
Broj gena nije vezan uz
složenost organizma
Od bakterija do čovjeka
KROMOSOMI ČOVJEKA