genetyka_mod_1.pdf

Genetyka

autor: dr n. med. Radosław Zajdel

OPRACOWANIE KURSU

kierownik projektu: Agnieszka Wierzbicka

metodycy: Marta Dziubińska, Monika Poradecka

graficy: Monika Czarska

informatycy: Michał Goździk

Sławomir Walinowicz

Wstęp do kursu

Genetyka jest jedną z najszybciej rozwijających się dyscyplin biologii. Poznanie

całego genotypu człowieka uzyskuje specjalne znaczenie w rozumieniu dużej części

jednostek chorobowych. Ostatnie osiągnięcia w zakresie inżynierii genetycznej, takie

jak klonowanie, otwierają nowe możliwości terapeutyczne. Mechanizmy już poznane,

takie jak dziedziczenie układu grupowego krwi mają znaczenie zarówno w codziennej

praktyce klinicznej i ambulatoryjnej, jak i medycynie sądowej. Duże nadzieje wiąże

się z pełnym zrozumieniem roli dziedziczenia w procesach autoimmunizacji,

odpowiedzialnych za grupę tzw. chorób z autoagresji (układ HLA), a także w

transplantologii (układ zgodności tkankowej). Z roku na rok rośnie lista chorób o

udowodnionym podłożu genetycznym i w związku z tym — predyspozycji do

rodzinnego występowania. Przykładem jest stwardnienie rozsiane, którego

występowanie u zdrowych członków rodzin osób chorych na tę chorobę udowodniła

przed dwoma laty łódzka uczona. Geny warunkują występowanie wielu dziesiątek

chorób, których genetyczne tło zostanie omówione w trakcie kursu. Coraz większą

uwagę przywiązuje się do dziedziczenia zaburzeń psychicznych, cech

psychologicznych, takich jak inteligencja, a także genetyki osobowości. Swoje własne

miejsce znalazło dziedziczenie skłonności do uzależnień. Niezbędne jest uzyskanie

wiedzy dotyczącej podłoża wad wrodzonych, genetycznych podstaw patologii ciąży,

a także diagnostyki prenatalnej.

Duże znaczenie medyczne w znaczeniu profilaktyki posiada opanowanie wiedzy w

zakresie czynników mutagennych i teratogennych. Coraz większe znaczenie mają

genetyczne podstawy skłonności do onkogenezy i podatności organizmu na rozwój

nowotworów. Zyskują także na klinicznym znaczeniu genetyczne podstawy procesów

starzenia się organizmów oraz zaprogramowanej śmierci komórek — tzw. apoptozy.

Kurs ma w pierwszej części charakter repetytorium wiedzy z zakresu szkoły średniej.

W części drugiej i trzeciej rozwijane są zagadnienia genetyczne w ujęciu

diagnostycznym i klinicznym. Materiał programu kursu należy traktować jako wstęp

do propedeutyki oraz późniejszego pogłębienia wiadomości z zakresu interny,

pediatrii, chirurgii i innych specjalności medycznych.

Podstawy genetyki człowieka

Wstęp

1. Nośniki jednostki informacji genetycznej

1.1. Kwasy nukleinowe

1.1.1. Budowa i czynność DNA

2.1.2. Budowa i czynność RNA

1.2. Gen

1.2.1. Pojęcia: rekon, replikon, muton i cistron

2.2.2. Pojęcie operonu — geny struktury, operatorowe i regulatorowe

3.2.3. Ekspresjagenów

4.2.4. Mechanizmy regulacji genów

1.3. Chromosom

1.3.1. Mitoza i mejoza

2.3.2. Kariotypczłowieka

3.3.3. Chromosomypozajądrowe

2. Różnicowanie informacji genetycznej

2.1. Rekombinacja

2.2. Mutacja genu

2.3. Aberracje chromosomów

1.3.1. Aberracjeliczbowe

2.3.2. Aberracjemorfologiczne

3.3.3. Pozostałe aberracje

2.4. Mutageny

3. Sekwencjonowaniemateriału genetycznego — mapowanie

3.1. Mapowanie genów

3.2. Mapowanie chromosomów

1.2.1. Badaniesprzężeń w rodzinach

2.2.2. Metody dawki genu

3.2.3. Hybrydyzacja in situ

4.2.4. Międzygatunkowa hybrydyzacja komórek somatycznych

5.2.5. Metodystatystyczne

4. Elementywspółczesnej inżynierii genetycznej

4.1. Techniki i narzędzia zmiany zapisu genetycznego

1.1.1. Wektory

2.1.2. Rekombinacja

Podstawy genetyki człowieka

3.1.3. Restryktazy

4.1.4. Hybrydyzacja

4.2. Klonowanie

Wstęp

Moduł ten ma charakter repetytorium z zakresu podstaw genetyki. Omawiane są w

nim nośniki oraz jednostki informacji genetycznej — budowa kwasów nukleinowych

oraz pojęcia gen i chromosom. Elementy cytofizjologii przypominają podstawy

podziału komórkowego. Dużo miejsca poświęcono ekspresji genów — budowaniu

łańcuchów polipeptydowych białek, w oparciu o informację genetyczną zapisaną w

łańcuchu DNA. W procesie tym została omówiona rola RNA, rybosomów i innych

struktur. W rozdziale 2 wyjaśniono metody regulacji genów, a także istotę zmiany

informacji genetycznej między pokoleniami (mutacja i rekombinacja). Przy tej okazji

pojawiły się elementy genetyki o znaczeniu klinicznym — aberracje chromosomowe i

genowe z przykładowymi jednostkami chorobowymi. Moduł kończy omówienie

problematyki sekwencjonowania materiału genetycznego oraz wprowadzenie do

inżynierii genetycznej.

1. Nośniki jednostki informacji genetycznej

1.1. Kwasy nukleinowe

Kwasy nukleinowe są makrocząsteczkami, służącymi do przechowywania i

przekazywania informacji genetycznej. Materiałem genetycznym całego świata

żywego jest tylko jeden typ kwasu nukleinowego: kwas deoksyrybonukleinowy,

nazywany w skrócie DNA. Zawarta w nim informacja genetyczna, wyrażająca się

powstawaniem określonych białek, jest dziedziczona z pokolenia na pokolenie, a jej

Podstawy genetyki człowieka

zmiany zachodzą m.in. na drodze mutacji , które są jednym z mechanizmów procesu

ewolucji gatunków. Oprócz informacji genetycznej w DNA zapisane są sekwencje

odpowiedzialne za regulację ekspresji genów w rozwoju osobniczym.

1.1.1. Budowa i czynność DNA

Zgodnie z modelem Jamesa Watsona i Francisa Cricka cząsteczka DNA zbudowana

jest z dwóch łańcuchów polinukleotydowych, skręconych spiralnie w prawo, tworząc

podwójną helisę .

Każdy łańcuch DNA zbudowany jest nukleotydów. Nukleotyd jest związkiem

kwasu fosforowego, pięciowęglowego cukru — deoksyrybozy i jednej z

czterech rodzajów zasad azotowych: adeniny, guaniny, cytozyny lub tyminy,

oznaczanych literowymi skrótami: A, G, C, T. Adenina i guanina należą do zasad

purynowych, natomiast cytozyna i tymina do zasad pirymidynowych.

W pojedynczej nici DNA nukleotydy są ze sobą połączone wiązaniami

kowalencyjnymi w ten sposób, że cząsteczki cukru są ułożone na zmianę z

resztami fosforanowymi, podczas gdy zasady azotowe są odchylone od utworzonej

w ten sposób długiej cząsteczki. Natomiast w podwójnej helisie dwie nici

polinukleotydowe DNA są owinięte wokół siebie w ten sposób, że zasady azotowe

znajdują się wewnątrz, zaś łańcuch cukrowcowo-fosforanowy na zewnątrz struktury

tego kwasu. Łańcuchy helisy wykazują odwrotną polarność, czyli biegną w

przeciwnych kierunkach, tzn. jeżeli jeden łańcuch będzie miał polarność 5 ’ → 3 ’ , to

drugi — komplementarny — 3 ’ → 5 ’ . W pozycji 5 ’ znajduje się grupa fosforanowa (P),

a w pozycji 3 ’ grupa hydroksylowa (OH – ).

Dwie nici tworzące cząsteczkę kwasu deoksyrybonukleinowego są utrzymywane

razem dzięki oddziaływaniom (wiązaniom wodorowym) między zasadami

azotowymi. Zasady te tworzą komplementarne pary: naprzeciwko adeniny może

znajdować się tylko tymina, zaś naprzeciwko cytozyny tylko guanina.

Komplementarność zasad azotowych bierze się stąd, że łączące je wiązania

wodorowe powstają wyłącznie między adeniną i tyminą (A = T — podwójne wiązanie

wodorowe) oraz cytozyną i guaniną (C ≡ G — potrójne wiązanie wodorowe). Dzięki

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: